一种催化剂、制备方法、电解水制氢电极片及应用技术

本发明专利技术属于材料技术领域，具体涉及一种催化剂、制备方法、电解水制氢电极片及应用，该催化剂包括沸石咪唑酯骨架及负载于沸石咪唑酯骨架上的钴基非金属合金，本申请中，通过将钴基非金属合金负载于高比表面积、高孔隙率的沸石咪唑酯骨架上，提高了催化剂的比表面积，使催化剂暴露了更多的活性位点，进而提高了催化剂的析氢催化活性，将其应用于碱性电解水制氢中，具有催化活性高、能耗低等优点；通过在钴基非金属合金中掺杂钼，能够进一步提高催化剂的析氢催化活性。析氢催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂、制备方法、电解水制氢电极片及应用


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种催化剂、制备方法、电解水制氢电极片及应用。

技术介绍

[0002]近年来，随着石油、煤炭等不可再生资源的日益枯竭，以及环保意识的增强，研究可替代的新型能源的供应已迫在眉睫。氢能作为一种二次能源，具有能量密度高、环境友好等优点。目前，氢气的制备工艺主要有几下几种：矿物燃料燃烧方法，生物质制氢及水分解制氢。其中，矿物燃料燃烧存在以有限储量的化石燃料为原料，能耗高，燃烧产物二氧化碳会导致温室效应等缺陷。生物质制氢则存在对反应设备要求较高、技术不成熟、得到的氢气纯度低等缺陷。
[0003]与矿物燃料燃烧方法及生物质制氢相比，水分解制氢具有工艺简单，无污染，不会产生导致温室效应的气体，制得的氢气纯度高等优点。然而，水分解制氢的析氢过电位较高，需要消耗大量的电能。
[0004]钴是一种吸附性良好的析氢电极材料。为进一步提高钴的析氢催化活性，相关技术通过在钴中加入非金属元素，形成钴基非金属合金。然而，钴基非金属合金的析氢催化活性有待于进一步提升。

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催化剂、制备方法、电解水制氢电极片及应用，以进一步提高钴基非金属合金的析氢催化活性。
[0006]在一些实施例中，本申请提供一种催化剂，所述催化剂包括沸石咪唑酯骨架及负载于所述沸石咪唑酯骨架上的钴基非金属合金。
[0007]本申请中，通过将钴基非金属合金负载于高比表面积、高孔隙率的沸石咪唑酯骨架上，提高了催化剂的比表面积，使催化剂暴露了更多的活性位点，进而提高了催化剂的析氢催化活性，将其应用于碱性电解水制氢中，具有催化活性高、能耗低等优点。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述非金属包括磷和/或氮。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述钴/非金属内层中，掺杂有钼。
[0010]本申请中，通过在钴基非金属合金中掺杂钼，能够进一步提高催化剂的析氢催化活性，进而进一步降低能耗。
[0011]在本申请的一些实施例中，本专利技术提供一种如上所述催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0012]S1.混合溶剂、钴源、锌源和有机配体，搅拌，随后进行水热反应，冷却静置后除去上清液，将沉淀物离心后进行洗涤，然后在保护气体气氛下进行烧结，形成沸石咪唑酯骨架；
[0013]S2.将沸石咪唑酯骨架和非金属盐分散于另一溶剂中，搅拌均匀后进行反应，冷却
后离心、洗涤、干燥，即得所述催化剂。
[0014]在本申请的一些实施例中，步骤S1中，所述水热反应的温度为80
‑
120℃，优选为85
‑
120℃；水热反应的时间为3
‑
5h，优选为3.5
‑
5h。
[0015]在本申请的一些实施例中，步骤S1中，所述烧结的温度为1000
‑
1100℃，优选为1050
‑
1100℃；烧结的时间为3
‑
5h，优选为3.5
‑
5h。
[0016]在本申请的一些实施例中，步骤S1中，所述钴源包括乙酸钴、硝酸钴和硫酸钴中的至少一种。
[0017]在本申请的一些实施例中，步骤S1中，所述溶剂包括甲醇、乙醇或二者的混合物。
[0018]在本申请的一些实施例中，步骤S1中，所述有机配体包括2
‑
甲基咪唑。
[0019]在本申请的一些实施例中，步骤S1中，所述锌源与有机配体的摩尔比为1：3
‑
6，优选为1：4
‑
6。
[0020]在本申请的一些实施例中，步骤S2中，所述反应的温度为130
‑
150℃，优选为135
‑
150℃；反应的时间为8
‑
10h，优选为8.5
‑
10h。
[0021]在本申请的一些实施例中，本申请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催化剂或如上所述的制备方法制得的催化剂。
[0022]在本申请的一些实施例中，本申请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
[0023]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。
[0024]本申请提供一种催化剂，该催化剂包括钴/非金属内层及包覆于钴/非金属内层的外部的沸石咪唑酯骨架，非金属包括磷和/或氮。
[0025]本申请中，通过将高比表面积、高孔隙率的沸石咪唑酯骨架包覆于钴/非金属内层的外部，提高了催化剂的比表面积，使催化剂暴露了更多的活性位点，进而提高了催化剂的析氢催化活性。
[0026]在本申请的一些实施例中，钴/非金属内层中，掺杂有钼。
[0027]本申请中，通过在钴基非金属合金中掺杂钼，能够进一步提高催化剂的析氢催化活性。
[0028]在本申请的一些实施例中，本专利技术提供一种如上所述催化剂的制备方法，该制备方法包括：
[0029]S1.混合溶剂、钴源、锌源和有机配体，钴源包括乙酸钴、硝酸钴和硫酸钴中的至少一种，溶剂包括甲醇、乙醇或二者的混合物，有机配体包括2
‑
甲基咪唑，锌源与有机配体的摩尔比为1：3
‑
6；搅拌，随后于80
‑
120℃温度下进行水热反应3
‑
5h，冷却静置后除去上清液，将沉淀物离心后进行洗涤；
[0030]然后在保护气体气氛且1000
‑
1100℃温度下进行烧结3
‑
5h，形成沸石咪唑酯骨架；
[0031]S2.将沸石咪唑酯骨架和非金属盐分散于另一溶剂中，搅拌均匀后于130
‑
150℃温度下反应8
‑
10h，冷却后离心、洗涤、干燥，即得催化剂。
[0032]在本申请的一些实施例中，本申请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催化剂或如上所述的制备方法制得的催化剂。
[0033]在本申请的一些实施例中，本申请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。
[0034]下面通过具体的例举实施例以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行具体的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包括沸石咪唑酯骨架及负载于所述沸石咪唑酯骨架上的钴基非金属合金。2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述非金属包括磷和/或氮。3.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述钴基非金属合金中，掺杂有钼。4.权利要求1
‑
3任一项所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：S1.混合溶剂、钴源、锌源和有机配体，搅拌，随后进行水热反应，冷却静置后除去上清液，将沉淀物离心后进行洗涤，然后在保护气体气氛下进行烧结，形成沸石咪唑酯骨架；S2.将沸石咪唑酯骨架和非金属盐分散于另一溶剂中，搅拌均匀后进行反应，冷却后离心、洗涤、干燥，即得所述催化剂。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述水热反应的温度为80
‑
120℃，水热反应的时间为3
‑
5h；和/或，步骤S1中，所述烧结的温度为1000
‑
1100℃，烧结的时间为3
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，黄敏，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：