一种钨元素掺杂的电解水催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种钨元素掺杂的电解水催化剂的制备方法及其应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)将Co源和Fe源溶解在尿素和氯化铵的混合溶液中，得到溶液A；(2)将钨源配置成溶液B，将步骤(1)所述溶液A和溶液B与基底材料进行第一水热反应，得到W

【技术实现步骤摘要】
一种钨元素掺杂的电解水催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于燃料电池领域，涉及一种钨元素掺杂的电解水催化剂，尤其涉及一种钨元素掺杂的电解水催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]氢气作为燃料电池车辆及发动机重要的能源资源，氢气的质量一定程度影响着燃料电池及发动机的寿命。工业上副产氢、煤制氢和天然气制氢等方法，副产物中都或多或少含有S、N等杂质元素。这些元素对于燃料电池中铂催化剂具有一定的影响，特别是S对于铂催化剂的影响最大，如果超过一定含量就会导致催化剂中毒，进而影响燃料电池的使用寿命。
[0003]CN107999093A公开了一种钴掺杂二维硒化钨电催化剂及其制备方法。将硒份、硼氢化钠分散于N,N
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二甲基甲酰胺中，在40～60℃条件下搅拌均匀，将二水合钨酸钠和四水合乙酸钴溶解于水中，混合两溶液后，搅拌均匀，热反应后离心沉淀烦躁，然后将得到的产物进行碳化得到催化剂。但是制备得到的催化剂的结构简单，催化剂的功能单一。
[0004]CN113422080A公开了一种用于碱性氢氧化的碳担载非铂的钯钌钨合金纳米颗粒电催化剂的制备方法及应用。通过在不需要任何表面活性剂且简单易操作的水浴反应中制备得到均匀分散且粒径均一的非铂的钯钌钨合金纳米颗粒电催化剂。制备得到的催化剂的方法适用于实验室研究，并不适用于工业大规模生产。
[0005]CN113061935A公开了一种泡沫镍铁合金负载的氢氧化镍铁纳米片催化剂的磁场诱导制备方法及应用。利用内置磁铁诱导水热合成中镍铁磁性离子的成核和生长方向，在泡沫镍铁合金表面导向性生成晶型良好的片层状NiFe氢氧化物。具体地说，将吸贴在一起的磁铁块和泡沫镍铁合金内置于水热反应釜底部，再将镍盐、铁盐和尿素的水溶液置于水热反应釜内，在一定温度下进行水热反应，保温一段时间后即得到生长有镍铁氢氧化物纳米片的泡沫镍铁合金。但是对于后续片层状NiFe氢氧化物并未起到修饰的作用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种钨元素掺杂的电解水催化剂的制备方法及其应用。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术目的之一在于提供一种钨元素掺杂的电解水催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)将Co源和Fe源溶解在尿素和氯化铵的混合溶液中，得到溶液A；
[0010](2)将钨源配置成溶液B，将步骤(1)所述溶液A和溶液B与基底材料进行第一水热反应，得到W
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NiFe
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LDH/NF前驱体；
[0011](3)将步骤(2)所述W
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NiFe
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LDH/NF前驱体与硫源溶液进行第二水热反应，得到所述钨元素掺杂的电解水催化剂。
[0012]本专利技术中以具有纳米花结构和高度多孔超薄纳米片阵列NiFe
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LDH/NF为基底材
料，具有活性表面积大，稳定等优秀特点。在此基础上，化学方法构建了Ni3S2和FeNi2S4异质结模型，并在异质结的界面处掺杂了元素W。OER反应更容易发生在FeNi2S4/Ni3S2界面，同时，W掺杂可以进一步降低反应中间体的能垒，从而产生优异的OER性能。硫化物本身就有着优秀的HER催化特性，W的掺杂可以显著促进H2O的吸附/解吸，从而加速HER的反应动力学。
[0013]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述Co源包括Co(NO3)26H2O。
[0014]优选地，所述Fe源包括Fe(NO3)3·
9H2O。
[0015]优选地，所述Co源和Fe原的质量比为1:0.004～1:0.007，其中所述质量比可以是1:0.004、1:0.005、1:0.006或1:0.007等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述尿素和氯化铵的混合溶液中溶剂为去离子水。
[0017]优选地，所述尿素、氯化铵和去离子水的质量比为(18～22):1:(28～32)，其中所述质量比可以是18:1:28、18:1:29、18:1:30、18:1:31、18:1:32、19:1:28、19:1:29、19:1:30、19:1:31、19:1:32、20:1:28、20:1:29、20:1:30、20:1:31、20:1:32、21:1:28、21:1:29、21:1:30、21:1:31、21:1:32、22:1:28、22:1:29、22:1:30、22:1:31或22：：32等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述钨源包括四氯化钨、钨酸钠或偏钨酸铵中的任意一种或至少两种的组合，其中所述组合典型但非限制性实例有：四氯化钨和钨酸钠的组合、钨酸钠和偏钨酸铵的组合或四氯化钨和偏钨酸铵的组合等。
[0019]优选地，所述溶液B的配置方法包括：将钨源与乙醇和去离子水混合得到所述溶液B。
[0020]优选地，所述钨源、乙醇和去离子水的质量比为(20～30):1:30，其中所述质量比可以是20:1:30、22:1:30、24:1:30、26:1:30、28:1:30或30:1:30等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述溶液A和溶液B的质量比为1:(0.8～1.2)，其中所述质量比可以是1:0.8、1:0.9、1:1.0、1:1.1或1:1.2等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述基底材料包括预处理后的泡沫镍。
[0023]优选地，所述预处理后的泡沫镍的预处理方法包括：将泡沫镍依次在丙酮和盐酸溶液中浸泡备用。
[0024]优选地，所述泡沫镍在丙酮中的浸泡时间为8～12min，其中所述时间可以是8min、9min、10min、11min或12min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述盐酸溶液的浓度为2.5～3.5M，其中所述浓度可以是2.5M、2.6M、2.7M、2.8M、2.9M、3.0M、3.1M、3.2M、3.3M、3.4M或3.5M等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，所述泡沫镍在盐酸溶液中的浸泡时间为25～35min，其中所述时间可以是25min、26min、27min、28min、29min、30min、31min、32min、33min、34min或35min等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0027]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述第一水热反应的温度为120～170℃，其中所述温度可以是120℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钨元素掺杂的电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将Co源和Fe源溶解在尿素和氯化铵的混合溶液中，得到溶液A；(2)将钨源配置成溶液B，将步骤(1)所述溶液A和溶液B与基底材料进行第一水热反应，得到W
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NiFe
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LDH/NF前驱体；(3)将步骤(2)所述W
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NiFe
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LDH/NF前驱体与硫源溶液进行第二水热反应，得到所述钨元素掺杂的电解水催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Co源包括Co(NO3)26H2O；优选地，所述Fe源包括Fe(NO3)3·
9H2O；优选地，所述Co源和Fe原的质量比为1:0.004～1:0.007。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述尿素和氯化铵的混合溶液中溶剂为去离子水；优选地，所述尿素、氯化铵和去离子水的质量比为(18～22):1:(28～32)。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述钨源包括四氯化钨、钨酸钠或偏钨酸铵中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述溶液B的配置方法包括：将钨源与乙醇和去离子水混合得到所述溶液B；优选地，所述钨源、乙醇和去离子水的质量比为(20～30):1:30。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述溶液A和溶液B的质量比为1:(0.8～1.2)。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴权轩，郭伟昊，郭冬来，吕文博，温天宇，赵洪辉，郭海涛，潘浩，孙羽，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：