一种自支撑型催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种自支撑型催化剂及其制备方法和应用，属于电化学催化材料技术领域。所述自支撑型催化剂包括自支撑型金属载体和负载在所述支撑型金属载体表面的催化剂，所述催化剂为六方相镍纳米多孔催化剂。所述自支撑型催化剂可用于碱性电解水析氢。所述自支撑型催化剂具有高比表面积、良好的催化活性及抗氧化性等优点，并且所述制备方法简单，原料成本低，设备要求不高，具有良好的技术效果。具有良好的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑型催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电化学催化材料
，具体涉及一种自支撑型催化剂及其制备方法和应用。
技术背景
[0002]氢气是当今及未来世界最理想的新型清洁能源，而迄今为止，碱性环境中电解水制氢方法是大规模生产氢气的最可行途径，但是在高pH条件下的析氢反应(HER)反应动力学缓慢，很大程度地限制了电解水制氢的效率。为了降低能耗，提高能量转换效率，该工艺需要一种高效、低成本、连续稳定的催化剂来降低能耗，进而实现电解水制氢的实际应用。
[0003]目前，高活性催化剂仍然是铂、钌、铱等贵金属基催化剂。然而，其价格昂贵、稳定性差，限制了其大规模应用。因此，开发成本低、催化活性高、稳定性好的电催化剂是电解水制氢实际应用的关键。
[0004]在众多性能优良、价格低廉、稳定性好的非贵金属基电催化剂中，金属Ni的理论析氢活性最接近于贵金属Pt，且具有导电性好、催化活性高、价廉易得、环境友好等特点，故而大力发展和深入研究金属Ni催化剂最有可能廉价高效电解水制氢催化剂的产业应用和实际推广。但是，金属Ni的现存问题在于它的催化活性和稳定性都不是很好。
[0005]因此，仍亟需一种催化活性好，稳定性好的电解析氢催化剂。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对以上问题，提供了一种自支撑型催化剂及其制备方法和应用，所述自支撑型催化剂可用于碱性电解水析氢。所述自支撑型催化剂具有高比表面积、良好的催化活性及抗氧化性等优点，并且所述制备方法简单，原料成本低，设备要求不高，具有良好的技术效果。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种自支撑型催化剂。
[0008]一种自支撑型催化剂，其包括自支撑型金属载体和负载在所述支撑型金属载体表面的催化剂，所述催化剂为六方相镍纳米多孔催化剂。
[0009]在一些实施例中，所述支撑型金属载体的结构为多孔泡沫结构、板状结构或网状结构。
[0010]在一些实施例中，所述支撑型金属载体为泡沫镍、泡沫铜、镍网中的至少一种。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种第一方面所述自支撑型催化剂的制备方法。
[0012]一种权第一方面所述自支撑型催化剂的制备方法，其包括：
[0013]步骤(1)：支撑型金属载体预处理：将支撑型金属载体用乙醇超声处理，用水洗涤，再用盐酸水溶液超声处理，再分别用水和乙醇洗涤，吹干，得到预处理后的支撑型金属载体；
[0014]步骤(2)：前驱体溶液的配制：将镍盐与水和醇胺类试剂混合，加热回流进行反应，反应结束，得到前驱体溶液；
[0015]步骤(3)：载体负载前驱体：将步骤(2)所得前驱体溶液冷却至室温，将步骤(1)所得预处理后的支撑型金属载体浸入步骤(2)所得前驱体溶液，然后取出，得到负载前驱体的载体；或者
[0016]将步骤(2)所得前驱体溶液冷却至室温，将步骤(2)所得前驱体溶液涂覆于步骤(1)所得预处理后的支撑型金属载体表面，得到负载前驱体的载体；
[0017]步骤(4)：烧结成型：将步骤(3)所得负载前驱体的载体于惰性气体氛围条件下于一定温度进行煅烧，然后冷却至室温，用乙醇超声清洗，干燥，得到所述自支撑型催化剂。
[0018]在一些实施例中，所述镍盐包括甲酸镍或二水合甲酸镍。
[0019]在一些实施例中，所述醇胺类试剂为异丙醇胺或异丁醇胺中的至少一种。
[0020]在一些实施例中，所述盐酸水溶液中盐酸的浓度为0.5mol/L
‑
1.5mol/L。
[0021]在一些实施例中，所述加热回流的温度为90℃
‑
150℃。
[0022]在一些实施例中，所述加热回流进行反应的反应时间为0.5h
‑
1.0h。
[0023]在一些实施例中，所述镍盐与醇胺类试剂的投料摩尔比为1:3
‑
1:6；和/或
[0024]在一些实施例中，所述水与醇胺类试剂的投料摩尔比为1:2
‑
1:4。
[0025]在一些实施例中，所述一定温度为200℃～400℃。
[0026]在一些实施例中，所述步骤(4)在升温至所述一定温度的过程中的升温速率为5℃/min～10℃/min。
[0027]在一些实施例中，所述煅烧的时间为3h
‑
6h。
[0028]第三方面，本专利技术提供一种前述自支撑型催化剂或前述制备方法所得自支撑型催化剂的应用。
[0029]一种第一方面所述的自支撑型催化剂或者第二方面所述的制备方法所的自支撑型催化剂在电解析氢上的应用。
[0030]在一些实施例中，所述电解析氢为电解水析氢。
[0031]在一些实施例中，所述电解析氢为在碱性条件下进行的电解水析氢反应。
[0032]有益效果
[0033]相比现有技术，本专利技术所提供的某一个实施例具有以下至少一个有益效果：
[0034](1)还原态金属Ni是高效的碱性析氢催化剂，但由于其在空气中极易于表面形成致密的氧化层，而丧失催化活性。因此合成出较高活性，比表面积较大且在空气环境和电化学条件下比较稳定的0价金属Ni催化剂是关键所在，采用本专利技术所提供的制备方法制备所得自支撑型催化剂具有纳米级的球形颗粒，具有较大的比表面积，能够暴露更多的催化活性位点。
[0035](2)采用本专利技术所提供的制备方法制备所得自支撑型催化剂具有六方相结构，与负载fcc相镍电极的晶型结构不同。
[0036](3)相比无负载商业泡沫镍、负载fcc相镍电极，本专利技术所提供的自支撑型催化剂的HER活性更高，具有优异的技术效果。
[0037](3)通过调节前驱体溶液中醇胺类试剂与Ni
2+
的配比，以及煅烧温度等，可以调控负载在所述支撑型金属载体表面的催化剂的尺寸大小及所述催化剂于所述支撑型金属载体上的负载量，其中，醇胺类试剂与Ni
2+
的优选投料摩尔比为3:1，优选的煅烧温度350℃，更有利于降低负载在所述支撑型金属载体表面的催化剂的尺寸大小，并提高所述催化剂于所
述支撑型金属载体上的负载量。
[0038](4)本专利技术可以采用二水合甲酸镍或甲酸镍作为前驱体溶液的镍盐，二水合甲酸镍或甲酸镍中的甲酸根具有一定还原性，可在高温下实现金属镍自还原，有利于简化操作，有利于工艺的产业化。
[0039](5)还原态金属Ni是高效的碱性析氢催化剂，但由于其在空气中极易于表面形成致密的氧化层，而丧失催化活性。因此合成出较高活性，比表面积较大且在空气环境和电化学条件下比较稳定的0价金属Ni催化剂是关键所在，本专利技术所采用的醇胺类试剂(优选异丙醇胺和异丁醇胺)能与甲酸镍形成配体，促使络合物前驱体在较低温度下实现镍的晶格转变；合成的六方相金属镍在空气中氧化后，会自发形成无定型的氧化物/氢氧化物泄露层，而在泄露层下方，存在高活性的Ni0区域作为稳定且抗氧化的电催化活性中心，即负载的六方相镍与面心立方相晶型的金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑型催化剂，其特征在于，包括自支撑型金属载体和负载在所述支撑型金属载体表面的催化剂，所述催化剂为六方相镍纳米多孔催化剂。2.根据权利要求1所述的自支撑型催化剂，所述支撑型金属载体的结构为多孔泡沫结构、板状结构或网状结构。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的自支撑型催化剂，所述支撑型金属载体为泡沫镍、泡沫铜、镍网中的至少一种。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述自支撑型催化剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤(1)：支撑型金属载体预处理：将支撑型金属载体用乙醇超声处理，用水洗涤，再用盐酸水溶液超声处理，再分别用水和乙醇洗涤，吹干，得到预处理后的支撑型金属载体；步骤(2)：前驱体溶液的配制：将镍盐与水和醇胺类试剂混合，加热回流进行反应，反应结束，得到前驱体溶液；步骤(3)：载体负载前驱体：将步骤(2)所得前驱体溶液冷却至室温，将步骤(1)所得预处理后的支撑型金属载体浸入步骤(2)所得前驱体溶液，然后取出，得到负载前驱体的载体；或者将步骤(2)所得前驱体溶液冷却至室温，将步骤(2)所得前驱体溶液涂覆于步骤(1)所得预处理后的支撑型金属载体表面，得到负载前驱体的载体；步骤(4)：烧结成型：将步骤(3)所得负载前驱体的载体于惰性气体氛围条件下于一定温度进行煅烧，然后冷却至室温，用乙醇超声清洗，干燥，得到所述自支撑型催化剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，所述镍盐包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑南峰，黄春兰，陈洁，刘圣杰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：