一种铈基析氢电催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种铈基析氢电催化剂及其制备方法和应用。本发明专利技术通过提供了一种简便的一步电镀法制备铈基析氢电催化剂的工艺，并对其制备工艺及参数进行了深入研究，在负电流下电镀有助于生成更多氧空位，提升本征催化活性，制备的催化剂性能显著优于现有技术中采用水解

【技术实现步骤摘要】
一种铈基析氢电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及一种铈基析氢电催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]先进清洁能源技术的开发是实现人类社会可持续发展的关键。氢燃料因其高能量密度和环境友好性而成为一种备受青睐的清洁能源，有望替代传统化石燃料。阴极析氢反应是电解水制氢的核心过程，开发高催化性能，高稳定性，低成本的析氢反应电催化剂是推动电解水制氢技术实现工业化生产的关键。目前贵金属基材料、过渡金属硫化物和磷化物是主流的高性能析氢反应电催化剂，但是其高成本、低稳定性和不易于大规模制造限制了这些催化剂的工业化应用。
[0003]二氧化铈（CeO2）具有可逆互变的价态（Ce
3+
与Ce
4+
），丰富的氧空位使其具有良好的氧存储和氧传导特性，同时氧空位可促进电荷再分布，改变电子密度，创造新的活性位点；以上因素使CeO2具有优异的氧化还原特性，因而被广泛应用于热催化反应如CO氧化，低级醇氧化和N
x
O
y
的选择性催化还原。近年来，越来越多的研究者将CeO2应用于电催化析氢反应并取得了些许进展，但CeO2主要作为助催化剂或载体而非主催化剂，纯CeO2的电催化析氢性能很差。因而，只有开发具有优良的析氢反应本征催化活性的CeO2的制备方法，才能使CeO2应用于电催化析氢反应的主催化剂；经其他活性组分的掺杂、复合等改性处理后，可进一步提升CeO2催化剂的析氢反应性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中因CeO2所存在的低导电性、低本征活性等因素从而导致的CeO2只能应用于电催化析氢反应的助催化剂或载体而非主催化剂的技术问题，从而提供了一种新型的具有优良活性的铈基析氢电催化剂，通过简便的一步电镀法制备，无需后处理和其他改性步骤，有非常显著的工业化的应用前景。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案得以实现的。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种铈基析氢电催化剂，包括Ce（NO3）3、NaCl和导电载体。
[0007]作为优选地，所述Ce（NO3）3的浓度为1
‑
10mM。
[0008]作为优选地，所述NaCl的浓度为5
‑
20mM。
[0009]作为优选地，所述导电载体选自泡沫镍、碳布、碳纸中的一种或多种。
[0010]作为优选地，所述铈基析氢电催化剂形貌选自纳米晶粒、纳米片、纳米线、纳米棒、纳米球中的一种或多种。
[0011]作为优选地，所述铈基析氢电催化剂通过如下方法制备获得：（1）将导电载体裁切成目标大小的尺寸后进行清洗；（2）将清洗好的导电载体至于三电极体系的电镀槽中，加入Ce（NO3）3和NaCl，进行电镀反应。
[0012]作为优选地，步骤（1）中所述目标大小为有效面积在0.5
‑
1.5cm2的矩形。
[0013]作为优选地，步骤（1）中所述清洗具体为：首先用无水乙醇和去离子水各超声清洗10min，随后用3M的HCl溶液超声清洗90min，最后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗两次，每次10min。
[0014]作为优选地，步骤（2）中所述三电极体系中，工作电极为导电载体，参比电极为Ag/AgCl，对电极为石墨棒。
[0015]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的时间为10min。
[0016]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的温度为25
‑
70℃；更优选地，所述电镀反应的温度为50
‑
70℃；最优选地，所述电镀反应的温度为70℃。
[0017]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的恒电流密度为
‑
0.15~
‑
0.5mA
·
cm
‑2。最优选地，所述电镀反应的恒电流密度为
‑
0.3~
‑
0.5mA
·
cm
‑2。
[0018]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的预热时间为30
‑
120s。最优选地，所述电镀反应的预热时间为80
‑
120s。
[0019]本专利技术第二方面提供了一种铈基析氢电催化剂的制备方法，包括如下步骤：（1）将导电载体裁切成目标大小的尺寸后进行清洗；（2）将清洗好的导电载体至于三电极体系的电镀槽中，加入Ce（NO3）3和NaCl，进行电镀反应。
[0020]作为优选地，步骤（1）中所述导电载体选自泡沫镍、碳布、碳纸中的一种或多种。
[0021]作为优选地，步骤（1）中所述目标大小为有效面积在0.5
‑
1.5cm2的矩形。
[0022]作为优选地，步骤（1）中所述清洗具体为：首先用无水乙醇和去离子水各超声清洗10min，随后用3M的HCl溶液超声清洗90min，最后分别用去离子水和无水乙醇超声清洗两次，每次10min。
[0023]作为优选地，步骤（2）中所述Ce（NO3）3的浓度为1
‑
10mM。
[0024]作为优选地，步骤（2）中所述NaCl的浓度为5
‑
20mM。
[0025]作为优选地，步骤（2）中所述三电极体系中，工作电极为导电载体，参比电极为Ag/AgCl，对电极为石墨棒。
[0026]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的时间为10min。
[0027]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的温度为25
‑
70℃；更优选地，所述电镀反应的温度为50
‑
70℃；最优选地，所述电镀反应的温度为70℃。
[0028]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的恒电流密度为
‑
0.15~
‑
0.5mA
·
cm
‑2。最优选地，所述电镀反应的恒电流密度为
‑
0.3~
‑
0.5mA
·
cm
‑2。
[0029]作为优选地，步骤（2）中所述电镀反应的预热时间为30
‑
120s。最优选地，所述电镀反应的预热时间为80
‑
120s。
[0030]本专利技术所提及的铈基析氢电催化剂的制备原理为：电镀液中的NO3‑
在泡沫镍等导电载体工作电极电还原后，电极/电解质界面局域的pH上升，使得电镀液中的Ce
3+
在泡沫镍表面水解，负电流密度制造还原性的电化学氛围，以提升CeO2的氧空位浓度，进而改善其电催化析氢性能。电镀模式不局限于本专利中提到的负电流密度，恒电流模式，也包括其他任何电镀手段；任何基于Ce
3+
水解
‑
还原原理制备含氧空位的CeO2的方法都应被本专利技术所涵盖。
[0031]本专利技术相对于现有技术具有如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铈基析氢电催化剂，其特征在于，包括Ce（NO3）3、NaCl和导电载体。2.根据权利要求1所述的铈基析氢电催化剂，其特征在于，所述Ce（NO3）3的浓度为1
‑
10mM，所述NaCl的浓度为5
‑
20mM。3.根据权利要求1所述的铈基析氢电催化剂，其特征在于，所述导电载体选自泡沫镍、碳布、碳纸中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的铈基析氢电催化剂，其特征在于，所述铈基析氢电催化剂形貌选自纳米晶粒、纳米片、纳米线、纳米棒、纳米球中的一种或多种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述铈基析氢电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将导电载体裁切成目标大小的尺寸后进行清洗；（2）将清洗好的导电载体至于三电极体系的电镀槽中，加入Ce（NO3）3和NaCl，进行电镀反应。6.根据权利要求5所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世和，於俊，陈世晖，欧阳剑，李云飞，李加斌，陈凯家，
申请(专利权)人：深圳市凯豪达氢能源有限公司，
类型：发明
国别省市：