一种用于低品位余热回收利用的热-电耦合体相水氧化催化剂制造技术

具有可变价的过渡金属离子的热‑电耦合体相水氧化催化剂，应用于导电基底层制备成电极，所述导电基底层为三维泡沫镍、铜、钛、铁、碳纸能够提供更大的催化剂和电解液接触面积；所述热‑电耦合体相水氧化催化剂为所含过渡金属离子均能够作为催化活性中心参与催化反应的体相催化材料，包含Ni

【技术实现步骤摘要】
一种用于低品位余热回收利用的热-电耦合体相水氧化催化剂
本专利技术涉及一种利用动力余热和工业余热作为热源的热-电耦合水氧化催化剂；本专利技术还涉及该高效氧析出电催化剂的结构、材料、制备方法和应用。
技术介绍
化石燃料的日益枯竭并伴随着严重的环境污染,因此开发各种清洁可再生能源势在必行,其中氢气被广泛认为是一种可持续且丰富的能源载体,拥有解决目前能源危机的巨大潜力[1]。在电解水制氢过程中，析氧反应因涉及四个电子的输运，动力学过程非常缓慢，需要较高的电势来克服反应势垒，从而驱动水分解反应[2]。在实际工况中，一方面由于熵增会导致动力余热的产生，使得整个反应体系在30-80℃的环境下运行；另一方面工业余热在废热多的企业已进行了回收利用，但大多只是回收了高品位的废热，用于供暖，加热水和工艺补热等，其余的废热全部通过冷却的形式或直接排放，导致很大一部分低品位热能全部浪费[3]。一般而言，温度的升高能够显著提高水氧化反应的动力学，但对于离子氧化步动力学的促进作用不够明显。因此结合对动力余热和工业余热的利用，开发出一种能够同时促进离子氧化和析氧反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有可变价的过渡金属离子的热-电耦合体相水氧化催化剂，其特征是，可应用于导电基底层制备成电极，所述导电基底层为三维泡沫金属(镍、铜、钛、铁)、碳纸等能够提供更大的催化剂和电解液接触面积；所述热-电耦合体相水氧化催化剂为所含过渡金属离子均能够作为催化活性中心参与催化反应的体相催化材料，包含Ni

【技术特征摘要】
1.一种具有可变价的过渡金属离子的热-电耦合体相水氧化催化剂，其特征是，可应用于导电基底层制备成电极，所述导电基底层为三维泡沫金属(镍、铜、钛、铁)、碳纸等能够提供更大的催化剂和电解液接触面积；所述热-电耦合体相水氧化催化剂为所含过渡金属离子均能够作为催化活性中心参与催化反应的体相催化材料，包含Ni2+、Fe2+、Co2+、Mn2+可变价过渡金属离子的高比表面积、低结晶性或柔性结构的催化材料，采用电沉积法或水热法制备；所述体相电催化剂在电催化过程中耦合利用动力余热或工业低品位余热，提升能量利用率。


2.根据权利要求1所述的具有可变价的过渡金属离子的热-电耦合体相水氧化催化剂，其特征是，所述催化剂为晶格原子约束力较弱的低结晶化过渡金属氢氧化物超薄纳米片或者过渡金属氢氧化物有机框架结构材料，具有高比表面积和孔隙率，优选可变价过渡金属氢氧化物M(OH)2以及包含M(OH)2的有机框架材料，其中M为Ni2+、Fe2+、Co2+、Mn2+等单一离子或多种离子混合成分。


3.根据权利要求1所述的具有可变价的过渡金属离子的热-电耦合体相水氧化催化剂，其特征是，该体相催化剂可作为电催化层担载于任意导电基底制备成电极器件，优选泡沫金属(镍、铜、钛、铁)、碳纸、碳布等具有高比表面积和孔隙率材料，泡沫金属基底厚度为1.0～2.0mm，孔隙率为20～99％；碳纸或碳布厚度为0.1～0.3mm，孔隙率为20～99％。


4.根据权利要求1-3之一所述的过渡金属氢氧化物M(OH)2催化剂制备方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)将导电基底分别用酸、去离子水和乙醇超声清洗，作为待沉积工作电极；
(2)称取金属硝酸盐溶于去离子水中，得到用于电沉积的电镀液；配制好电镀液后置于电解池中准备电沉积；
(3)在持续的磁力搅拌下，将步骤(1)中得到的待沉积工作电极置于步骤(2)得到的电镀液中，以-1.4～-1.0V(相对于可逆氢电极)的恒定电位进行电化学还原沉积处理，电沉积温度范围为20-50℃，pH范围为5.0-6.5；
(4)所有电极在沉积之后分别用乙醇和水冲洗，并进行干燥处理，得到低结晶化的热-电耦合过渡...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫世成，刘端端，杨延栋，刘德培，朱恒，秦浩，张薇宁，邹志刚，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32