一种电解水制氢催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及一种电解水制氢催化剂及其制备方法与应用，该电解水制氢催化剂包括钴硒合金及附着于钴硒合金上的还原氧化石墨烯，本发明专利技术通过将硒钴合金和还原氧化石墨烯进行复合(即将还原氧化石墨烯附着于钴硒合金上)，提高了电解水制氢催化剂的析氢催化活性。析氢催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种电解水制氢催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种电解水制氢催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着社会的不断发展，能源短缺问题日益突出，人们的环保意识日益增强。与传统的煤炭、石油等不可再生能源相比，氢能具有清洁，高效，能量高等优点，逐渐受到人们的关注。目前，制氢技术主要有以下几种：生物制氢，矿物质燃烧制氢，电解水制氢等。
[0003]其中，生物制氢存在以下缺陷：工艺复杂，成本高，制氢能力低，采用的细菌易失活，需定期更换细菌。矿物质燃烧制氢则存在以不可再生能源煤炭等为原料，会产生温室气体等缺陷。而电解水制氢以水为原料，采用电解工艺使水分解成氢气和氧气。电解水制氢具有工艺简单，无污染，制得的氢气纯度高等优点。然而，电解水制氢需要消耗大量的电能，制约了其工业化大规模应用。具体而言，电解水制氢过程中主要包括以下两个反应：阴极析氢反应和阳极析氧反应，这两个反应分别需要高效的析氢催化剂和析氧催化剂来降低反应的活化能。
[0004]二硒化钴是一种性能良好的析氢催化材料。然而，纯二硒化钴的过电位较高。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电解水制氢催化剂及其制备方法与应用。
[0006]在一些实施例中，本申请提供一种电解水制氢催化剂，所述电解水制氢催化剂包括钴硒合金及附着于所述钴硒合金上的还原氧化石墨烯。
[0007]本申请通过将硒钴合金和还原氧化石墨烯进行复合(即将还原氧化石墨烯附着于钴硒合金上)，能够提高催化剂的析氢催化活性，进而降低催化剂的析氢过电位。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述钴硒合金中掺杂有杂原子，所述杂原子选自磷、氮或二者的组合。
[0009]本申请通过在钴硒合金中掺杂特定杂原子(杂原子选自磷、氮或二者的组合)，能够进一步提高催化剂的析氢催化活性，进而进一步降低催化剂的析氢过电位。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述钴硒合金中掺杂有钼。
[0011]本申请通过在钴硒合金中掺杂钼，能够进一步提高催化剂的析氢催化活性，进而进一步降低催化剂的析氢过电位。
[0012]在本申请的一些实施例中，本申请还提供一种如上所述的电解水制氢催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0013]将钴盐、亚硒酸盐和稳定剂分散于还原氧化石墨烯悬浮液中，调节还原氧化石墨烯悬浮液的pH至5
‑
6，随后向还原氧化石墨烯悬浮液中加入还原剂溶液，并进行反应，随后洗涤、干燥、研磨，即得所述电解水制氢催化剂。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述钴盐选自硝酸钴、硫酸钴或二者的混合物。
[0015]在本申请的一些实施例中，所述亚硒酸盐选自亚硒酸钠、亚硒酸钾或二者的混合物。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述钴盐与亚硒酸盐的摩尔比为2
‑
5：4
‑
10，优选为3：4
‑
10。
[0017]在本申请的一些实施例中，所述钴盐与还原氧化石墨烯的质量比为1：0.02
‑
0.04，优选为1：0.03
‑
0.04。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述还原剂选自硼氢化钠。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述稳定剂选自柠檬酸三钠。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述钴盐与还原剂的质量比为1：2
‑
5，优选为1：3
‑
5。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述钴盐与稳定剂的质量比为1：1
‑
5，优选为1：2
‑
5。
[0022]在本申请的一些实施例中，所述反应的温度为100
‑
120℃，优选为110
‑
120℃；反应的时间为1
‑
3h，优选为1.5
‑
3h。
[0023]在本申请的一些实施例中，所述干燥的温度为55
‑
65℃，优选为60
‑
65℃；干燥的时间为10
‑
15h，优选为12
‑
15h。
[0024]在本申请的一些实施例中，本申请还提供一种电解水制氢电极片，所述电解水制氢电极片包括基材及位于基材上的活性材料层，所述活性材料层包括如上所述的电解水制氢催化剂或根据如上所述的制备方法制得的电解水制氢催化剂。
[0025]在本申请的一些实施例中，本申请还提供一种电解水制氢生产系统，所述电解水制氢生产系统包括如上所述的电解水制氢电极片。
具体实施方式
[0026]以下通过特定的具体实例对本专利技术进行进一步的说明，但需要指出的是本专利技术的实施例中所描述的具体的物料配比、工艺条件及结果等仅用于说明本专利技术，并不能以此限制本专利技术的保护范围，凡是根据本专利技术的精神实质所作的等效变化或修饰，都应该涵盖在本专利技术的保护范围内。
[0027]在一些实施例中，本申请提供一种电解水制氢催化剂，该电解水制氢催化剂包括钴硒合金及附着于钴硒合金上的还原氧化石墨烯；
[0028]本申请通过将硒钴合金和还原氧化石墨烯进行复合(即将还原氧化石墨烯附着于钴硒合金上)，能够提高催化剂的析氢催化活性，进而降低催化剂的析氢过电位；
[0029]在本申请的一些实施例中，钴硒合金中掺杂有杂原子，杂原子选自磷、氮或二者的组合；
[0030]本申请通过在钴硒合金中掺杂特定杂原子(杂原子选自磷、氮或二者的组合)，能够进一步提高催化剂的析氢催化活性，进而进一步降低催化剂的析氢过电位；
[0031]在本申请的一些实施例中，钴硒合金中掺杂有钼；
[0032]本申请通过在钴硒合金中掺杂钼，能够进一步提高催化剂的析氢催化活性，进而进一步降低催化剂的析氢过电位。
[0033]在本申请的一些实施例中，本申请还提供一种如上所述的电解水制氢催化剂的制备方法，包括：
[0034]将钴盐、亚硒酸盐和柠檬酸三钠分散于还原氧化石墨烯悬浮液中，钴盐选自硝酸
钴、硫酸钴或二者的混合物，亚硒酸盐选自亚硒酸钠、亚硒酸钾或二者的混合物，钴盐与亚硒酸盐的摩尔比为2
‑
5：4
‑
10；钴盐与还原氧化石墨烯的质量比为1：0.02
‑
0.04，钴盐与柠檬酸三钠的质量比为1：1
‑
5；
[0035]调节还原氧化石墨烯悬浮液的pH至5
‑
6，随后向还原氧化石墨烯悬浮液中加入硼氢化钠水溶液，钴盐与硼氢化钠的质量比为1：2
‑
5；并于100
‑
120℃温度下反应1
‑
3h，随后洗涤，接着于55
‑
65℃温度下干燥10
‑
15h，然后研磨，即得电解水制氢催化剂。
[0036]在本申请的一些实施例中，本申请还提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢催化剂，其特征在于，所述电解水制氢催化剂包括钴硒合金及附着于所述钴硒合金上的还原氧化石墨烯。2.如权利要求1所述的电解水制氢催化剂，其特征在于，所述钴硒合金中掺杂有杂原子，所述杂原子选自磷、氮或二者的组合。3.如权利要求1所述的电解水制氢催化剂，其特征在于，所述钴硒合金中掺杂有钼。4.权利要求1
‑
3任一项所述的电解水制氢催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将钴盐、亚硒酸盐和稳定剂分散于还原氧化石墨烯悬浮液中，调节还原氧化石墨烯悬浮液的pH至5
‑
6，随后向还原氧化石墨烯悬浮液中加入还原剂溶液，并进行反应，然后洗涤、干燥、研磨，即得所述电解水制氢催化剂。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自硝酸钴、硫酸钴或二者的混合物；和/或，所述亚硒酸盐选自亚硒酸钠、亚硒酸钾或二者的混合物；和/或，所述钴盐与亚硒酸盐的摩尔比为2
‑
5：4
‑
10；和/或，所述钴盐与还原氧化石墨烯的质量比为1：0.02
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓萌，请求不公布姓名，请求不公布姓名，周振声，
申请(专利权)人：上海莒纳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：