金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，由以下方法制备得到：(1)将金属前驱体A溶于溶剂中配制成溶液A，将金属前驱体B溶于溶剂中配制成溶液B，然后将溶液A与溶液B混合，并加入基底材料，超声搅拌，得混合悬浮液体，将混合悬浮液体放入反应釜中，进行溶剂热反应，反应完成后冷却至室温，取出反应釜中所得物料进行过滤、清洗、真空干燥得到初步样品；(2)通入氢气与惰性气体的混合气体，高温煅烧，即得最终产物。本发明专利技术制备所得产品具有较好的电解水催化活性和电化学稳定性，全电解池电解水的过电位小于等于1.48V，为降低制氢成本奠定了技术基础。

Carbon-coated metal particle electrolytic water catalyst supported by metal oxide nanosheets

The invention discloses a carbon-coated metal particle electrolytic water catalyst supported by metal oxide nanosheets, which is prepared by the following methods: (1) Solution A is prepared by dissolving metal precursor A in solvent, solution B is prepared by dissolving metal precursor B in solvent, and then solution A is mixed with solution B and added to the base material; The mixed suspension liquid is obtained by ultrasonic stirring, and the mixed suspension liquid is put into the reactor for solvothermal reaction. After the reaction is completed, it is cooled to room temperature, and the material obtained in the reactor is filtered, cleaned and vacuum dried to obtain the preliminary sample; (2) the mixture gas of hydrogen and inert gas is injected into the reactor and calcined at high temperature. End products. The product prepared by the invention has good catalytic activity and electrochemical stability of electrolytic water, and the overpotential of electrolytic water in full electrolytic cell is less than or equal to 1.48V, which lays a technical foundation for reducing the cost of hydrogen production.

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂
本专利技术涉及电化学
，特别涉及金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂。
技术介绍
目前，化石燃料是主要的能量来源之一，有限的化石燃料储量不仅限制了人类的发展，而且在使用的过程中会对环境造成严重的污染，因此，急需开发能代替传统的化石能源的清洁可再生能源。氢气具有清洁、高效，且可再生等优点，是化石燃料的最佳替代品。在诸多的制氢方法中，电解水制氢因工艺简单无污染，且所得到的氢气纯度很高而受到广泛关注。虽然电解水制氢技术在数十年的研究中已经取得了一定的进步，但是如何进一步降低电解水成本仍然是一个巨大的挑战。尽管铂基和铱等贵金属催化材料已经被证明是十分有效的电解水催化剂，但是铂和铱的储量稀少并且价格昂贵，极大的限制了它们在电解水领域的大规模应用。因此，研发成本低廉且性能与铂基和铱等贵金属催化剂相接近的非贵金属电催化剂十分重要。非贵金属电催化剂存在的最大问题是电解水制氢过程中析氢反应和析氧反应的过电位较高，从而导致电能消耗较大，且稳定性较差。因此，开发过电位较低、成本低廉、且稳定性较好的电催化剂对实现工业电解水制氢意义重大。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题，专利技术一种金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，旨在得到一种工艺简单、成本低、催化性能好的金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，由以下方法制备得到：(1)将金属前驱体A溶于溶剂中配制成溶液A，将金属前驱体B溶于溶剂中配制成溶液B，然后将溶液A与溶液B混合，并加入基底材料，超声搅拌分散，先超声10min，之后搅拌10min，得混合悬浮液体，将混合悬浮液体放入容量为100mL的反应釜中，进行溶剂热反应，反应完成后反应釜冷却至室温，取出反应釜中所得物料进行过滤、清洗、真空干燥24小时得到初步样品；(2)将样品放入管式炉中，通入氢气与惰性气体的混合气体，进行高温煅烧，即得最终产物。优选的是，步骤(1)中所述的基底材料为碳黑、碳纳米管、碳纤维、活性炭纤维、碳纳米棒、石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、多孔碳、碳布、碳毡、镍网、铜网、钛网、不锈钢片或钛片中的一种。优选的是，步骤(1)中所述的基底材料为碳黑、碳纳米管、碳纤维、活性炭纤维、碳纳米棒、石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、多孔碳中的一种。优选的是，步骤(1)中所述的溶液A与所述的溶液B的质量比为1:1～20。优选的是，步骤(1)中所述的溶剂为乙二醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇、N,N-二甲基甲酰胺、油胺、水、油酸、聚乙二醇、甲苯、乙腈、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶、吡咯、尿素、苯胺、N-甲基苯胺、N,N-二甲基苯胺、N-乙基苯胺、N,N-二乙基苯胺、二苯胺、盐酸苯胺、二氧二甲基嘌呤、苯丙氨酸、2-羟基吡啶、2-氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶2-甲基吡啶、3-氨基吡啶、4-甲基吡啶、五氯吡啶、3-氯吡啶、3-氟吡啶、3-溴吡啶、2,3-二氨基吡啶、2-氨基-3-氯吡啶、2-吡咯烷酮、2-吡咯羧酸、3-乙酰基-2,4-二甲基吡咯、羟乙基吡咯烷酮、2-乙酰基吡咯、1-甲基吡咯、四氢吡咯、吡咯-2-羧酸乙酯、2,4-二甲基吡咯、4-乙酰吡啶、2-乙酰吡咯、N-甲基吡咯中的一种或两种混合。优选的是，步骤(1)中所述的溶剂中为两种溶剂混合时，二者混合体积比为1:1～30。优选的是，步骤(1)中所述的前驱体A为钨盐、钼盐、钒盐中的一种或两种混合组成；所述的前驱体B为铁盐、钴盐、镍盐中的一种或两种混合组成。优选的是，所述的钨盐为偏钨酸铵、钨酸铵、钨酸钾、钨酸钠、磷钨酸、磷钨酸钠、钨硅酸、六氯化钨、六羰基钨、异丙醇钨；所述的钼盐为钼酸、四钼酸铵、七钼酸铵、二钼酸铵、钼酸钠、磷钼酸、磷钼酸铵、磷钼酸钠、氯化钼、钼酸锂、钼酸钾、六羰基钼、乙酰丙酮钼、异丙醇钼；所述的钒盐为偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾、正钒酸钠、氯化钒、氧化钒、四氯化钒、钒酸钠、乙酰丙酮钒、三异丙醇氧钒、乙酰丙酮氧钒、三异丙氧基氧化钒、氧化二乙酰丙酮合钒；所述的铁盐为三氯化铁、氯化亚铁、乙酰丙酮铁、铁氰化钾、亚铁氰化钠、亚硝基亚铁氰化钠、二茂铁、硝酸铁、柠檬酸铁、柠檬酸铁铵、草酸高铁铵、草酸亚铁、六氰合铁酸钾、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸高铁铵；所述的钴盐为氯化钴、乙酸钴、磷酸钴、酞菁钴、钴氰化钾、六氰钴酸钾、六氨基氯化钴、高氯酸钴、硝酸钴、氟化钴、碘化钴、溴化钴、亚硝酸钴钠、草酸钴、硫酸钴、硫酸亚钴、硫酸钴铵、环烷酸钴、乙酰丙酮钴；所述的镍盐为氯化镍、乙酰丙酮镍、乙酰丙酮酸镍、乙酸镍、溴化镍、碘化镍、硫酸镍、硝酸镍、硫酸镍铵、次磷酸镍、硝酸镍铵、氨基磺酸镍、碱式碳酸镍、甲酸镍、二茂镍、二(三苯基膦)溴化镍、双(三苯基膦)氯化镍。优选的是，步骤(1)中所述的溶剂热合成温度为100～200摄氏度，溶剂热合成时间6～48小时。优选的是，步骤(2)中所述的氢气与惰性气体的混合气体，氢气的体积分数占总混合气体的5～100％；所述的惰性气体为氩气或者氦气。优选的是，步骤(2)中所述的高温煅烧，升温速度1～20摄氏度/分钟，煅烧温度为300～1000摄氏度，保温时间1～5小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术采用各种基底材料为载体，以金属钨、钼、钒盐与铁、钴、镍盐为金属源，以含碳的有机溶剂为碳源，先经过溶剂热合成，再经过高温煅烧，得到一种金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂；本专利技术制备工艺简单，成本低廉，所制得的金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂具有较好的电化学催化活性和电化学稳定性，全电解池电解水的过电位小于等于1.48V，为降低制氢成本奠定了技术基础。附图说明图1为本专利技术制备方法工艺流程图。图2a为本专利技术实施例9制备所得金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂的场发射扫描电子显微镜(SEM)图，图2b为透射电子显微镜(TEM)图。图3为本专利技术实施例9制备所得金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂的X射线衍射图(XRD)。图4为本专利技术实施例9制备所得金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂的在1.0mol/L氢氧化钾溶液中本专利技术催化剂和20wt％的商业Pt/C催化剂的析氢极化曲线图(LSV)。图5为本专利技术实施例9制备所得金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂在1.0mol/L氢氧化钾溶液中本专利技术催化剂的析氧极化曲线图(LSV)。图6为实施例9制备所得金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂的在1.0mol/L氢氧化钾溶液中本专利技术催化剂的电解水极化曲线图(LSV)。具体实施方式下面结合附图具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。实施例1一种金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，由以下方法制备得到：(1)将500毫克钼酸钠溶解于30毫升的N,N-二甲基乙酰胺中配制成钼酸钠N,N-二甲基乙酰胺溶液，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，其特征在于，由以下方法制备得到：(1)将金属前驱体A溶于溶剂中配制成溶液A，将金属前驱体B溶于溶剂中配制成溶液B，然后将溶液A与溶液B混合，并加入基底材料，超声搅拌，得混合悬浮液体，将混合悬浮液体放入反应釜中，进行溶剂热反应，反应完成后冷却至室温，取出反应釜中所得物料进行过滤、清洗、干燥得到初步样品；(2)通入氢气与惰性气体的混合气体，进行高温煅烧，即得最终产物。

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，其特征在于，由以下方法制备得到：(1)将金属前驱体A溶于溶剂中配制成溶液A，将金属前驱体B溶于溶剂中配制成溶液B，然后将溶液A与溶液B混合，并加入基底材料，超声搅拌，得混合悬浮液体，将混合悬浮液体放入反应釜中，进行溶剂热反应，反应完成后冷却至室温，取出反应釜中所得物料进行过滤、清洗、干燥得到初步样品；(2)通入氢气与惰性气体的混合气体，进行高温煅烧，即得最终产物。2.根据权利要求1所述的金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，其特征在于：步骤(1)中所述的基底材料为碳黑、碳纳米管、碳纤维、活性炭纤维、碳纳米棒、石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、多孔碳、碳布、碳毡、镍网、铜网、钛网、不锈钢片或钛片中的一种。3.根据权利要求1所述的金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，其特征在于：步骤(1)中所述的基底材料为碳黑、碳纳米管、碳纤维、活性炭纤维、碳纳米棒、石墨烯、氧化石墨烯、活性炭、多孔碳中的一种。4.根据权利要求1所述的金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，其特征在于：步骤(1)中所述的溶液A与所述的溶液B的质量比为1:1～20。5.根据权利要求1所述的金属氧化物纳米片支撑的碳包覆金属颗粒电解水催化剂，其特征在于：步骤(1)中所述的溶剂为乙二醇、甲醇、乙醇、异丙醇、丙三醇、正丁醇、N,N-二甲基甲酰胺、油胺、水、油酸、聚乙二醇、甲苯、乙腈、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、吡啶、吡咯、尿素、苯胺、N-甲基苯胺、N,N-二甲基苯胺、N-乙基苯胺、N,N-二乙基苯胺、二苯胺、盐酸苯胺、二氧二甲基嘌呤、苯丙氨酸、2-羟基吡啶、2-氨基吡啶、2,6-二氨基吡啶2-甲基吡啶、3-氨基吡啶、4-甲基吡啶、五氯吡啶、3-氯吡啶、3-氟吡啶、3-溴吡啶、2,3-二氨基吡啶、2-氨基-3-氯吡啶、2-吡咯烷酮、2-吡咯羧酸、3-乙酰基-2,4-二甲基吡咯、羟乙基吡咯烷酮、2-乙酰基吡咯、1-甲基吡咯、四氢吡咯、吡咯-2-羧酸乙酯、2,4-二甲基吡咯、4-乙酰吡啶、2-乙酰吡咯、N-甲基吡咯中的一种或两种混合。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹诗斌，钱光付，陈伟，冯寿权，张浩，罗林，沈培康，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45