3D打印整体型电催化剂的制备及在电催化反应中的应用制造技术

3D打印整体型电催化剂的制备及在电催化反应中的应用，涉及电化学转化和储能领域。制备方法：将导电导热性能良好的碳材料与含胺基高分子聚合物混合配制成具有合适粘弹性的非牛顿流体，再通过DIW模式的3D打印机制造成型，经惰性气氛下焙烧处理得到整体型碳载体，最后电沉积过渡金属提高阴极电催化性能。该发明专利技术方法工艺简单，整体型电催化剂结构可按电催化反应需求进行设计；制备的整体型电催化剂具有高的比表面积和周期性有序的多级孔结构，极优的导电能力和可调的碳缺陷位点，在阴极电催化反应中显示出良好的活性和稳定性。应中显示出良好的活性和稳定性。应中显示出良好的活性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
3D打印整体型电催化剂的制备及在电催化反应中的应用


[0001]本专利技术涉及电化学转化和储能领域，特别是涉及一种3D打印整体型电催化剂的制备及在电催化反应中的应用。

技术介绍

[0002]面对石油危机、传统化石能源枯竭威胁及其产生的CO2过度排放引发的全球变暖、环境恶化等问题，广大研究工作者的积极寻求清洁高效的替代能源和各类催化转化方法。其中阴极电催化还原反应如析氢反应(HER)、CO2电还原反应(CO2RR)，在能源转化和利用方面在近年来已有诸多的研究成果。
[0003]目前制备的电催化剂往往以粉末的形式存在，使用前，常常需要和导电剂(如炭黑)、粘合剂(如Nafion)和乙醇或异丙醇等溶剂混合配成墨水再涂覆在玻碳电极或者自支撑材料如碳纸、碳布和泡沫镍上，这会影响活性组分的暴露以及甚至导致低响应电流。对此，有许多文献报道了使用泡沫镍、碳纸和碳布等自支撑的材料原位生长催化剂，并获得较好的活性。如Li等人(W.Li,Y.Jiang,Y.Li,Q.Gao,W.Shen,Y.Jiang,R.He,M.Li,Chem.Eng.J.2021, 1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印整体型电催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)用强酸油浴回流处理碳材料，过滤洗涤后烘干得到氧化的碳材料；2)将含胺基高分子聚合物溶解分散在溶剂中，再将氧化的碳材料加入均匀分散，然后混合搅拌加热反应，除去过量溶剂制成凝胶墨水；3)将凝胶墨水装进针筒，装上合适尺寸的针嘴，使用改装的DIW模式的3D打印机按照设计的模型将凝胶墨水进行挤出成型，然后置于烘箱干燥；4)将干燥的打印材料置于管式炉中焙烧，得到整体型碳载体；5)将焙烧获得的整体型碳载体作为工作电极，银/氯化银为参比电极，石墨棒为对电极，在含有过渡金属盐和添加剂的溶液中进行阴极电沉积，得到整体型电催化剂。2.如权利要求1所述一种3D打印整体型电催化剂的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述强酸为浓硝酸和浓硫酸的混合物；所述碳材料可采用石墨烯、碳纳米管、活性炭或碳纤维；所述浓硫酸和浓硝酸的体积比可为1︰1～4︰1；优选的，所述浓硫酸和浓硝酸的体积比例为1︰3～3︰1；所述油浴温度为60～100℃；回流时间为2～12h；优选的，所述油浴温度为60～80℃；回流时间为2～6h。3.如权利要求1所述一种3D打印整体型电催化剂的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述含胺基高分子聚合物可采用聚乙烯亚胺、聚多巴胺；所述溶剂为水、乙酸、乙醇；所述含胺基高分子聚合物与碳材料的质量比可为0.5︰1～5︰1，优选的，所述含胺基高分子聚合物与碳材料的质量比为1︰1～4︰1；所述溶剂的用量为5～20mL；优选的，溶剂用量为10～15mL；所述混合搅拌时间为10～60min；加热温度为50～100℃；优选的，所述混合搅拌时间为20～40min；加热温度为50～80℃；所述含胺基高分子聚合物含有丰富的氨基官能团，可以与氧化的碳材料上的羧基官能团成键，作为交联剂连接碳纳米管形成三维网络，也作为氮源在焙烧之后掺杂氮元素。4.如权利要求1所述一种3D打印整体型电催化剂的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述改装的DIW模式的3D打印机是将熔融沉积型3D打印机改装成针筒气动挤出3D打印机，具体方法是将原打印机的加热挤出装置替换为可以固定针筒的卡座，针筒一头经输气管路连接点胶机控制器，控制器经输气管路连机空气压缩机；所述针嘴的内径可采用0.08～1.55mm；所述设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云华，林亚章，李轶凡，廖维中，吕航标，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：