一种催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电化学催化技术领域，具体涉及一种催化剂及其制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电化学催化
，具体涉及一种催化剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]化石能源过度使用造成大气中二氧化碳的含量不断上升，引发温室效应
。
减少二氧化碳排放，开发清洁
、
高效
、
可再生的新型能源十分重要
。
[0003]氢能因其高热值
、
清洁安全
、
可再生且储运方便等优势，逐步成为最具潜力替代传统化石能源的新能源之一
。
电解水制氢被认为是解决氢气来源
、
获取可持续绿色能源的理想方法之一
。
然而，电解水制氢阳极氧化反应具有较高的热力学能垒，涉及四个电子和四个质子的转移过程以及氧
‑
氧键的形成，是一个耗能高且动力学缓慢的复杂反应
。
为了提高阳极水氧化反应速率，科研工作者们付出了大量的努力
。
目前，活性最高的水氧化催化剂为贵金属铱基和钌基催化剂，其价格昂贵制约了水氧化制氢的大规模应用
。
因此，部分科研工作者开始使用非贵金属基催化剂作为基础材料并通过不同方法来合成催化剂
。
[0004]现有技术采用溶剂热法在不同基底上制备了具有超薄纳米片结构的
NiFeMOF
析氧反应催化剂，这类催化剂具有丰富的金属活性位点
、
高导电率和大孔隙率
。
中国专利文献
CN112121828A
公开了一种以碳布为导电基底，电沉积法制备水滑石基三维核壳异质纳米阵列水氧化电催化的方法，这类方法制得的催化剂存在催化性能低
、
催化剂比表面积小
、
本征活性差等问题，导致催化剂效率低，且制备过程繁琐
、
能耗高，难以工业化应用
。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术制备得到的催化剂比表面积小
、
水氧化催化剂效率低
、
本征活性差等缺陷，从而提供了一种催化剂及其制备方法和应用
。
[0006]为此，本专利技术提供了以下技术方案
。
[0007]本专利技术第一方面提供了有机配体在制备用于电催化水氧化或电催化水还原的催化剂中的应用
。
[0008]所述有机配体具有结构通式1或结构通式2；
[0009](1)
[0010]其中，
n1≥1
，
n2≥1
，
p≥0
；
[0011]R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8均选自
X
为羧酸基团
、
磷酸基团或磺酸基团；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8不能完全相同；
m≥1
；
[0012](2)
[0013]其中，为含氮杂环；
D
为烷烃基或苯基；和
D
上的取代基
X
的个数大于等于0，且不同时为0，
m≥1
；
X
为羧酸基团
、
磷酸基团或磺酸基团；
[0014]优选地，所述有机配体具有如下结构式：
[0015][0016]本专利技术第二方面提供了一种催化剂，所述催化剂至少具有第一片状结构和第二片状结构；
[0017]所述第一片状结构的尺寸为
0.2
‑4μ
m
；
[0018]所述第二片状结构的尺寸为
0.01
‑
0.4
μ
m。
[0019]所述催化剂的原料包括有机配体；
[0020]优选地，所述有机配体的原料包括第一前驱体和第二前驱体；
[0021]优选地，所述第一前驱体为卤代羧酸类化合物
、
卤代磷酸类化合物或卤代磺酸类化合物；
[0022]优选地，所述第二前驱体为含季铵离子的前驱体；
[0023]优选地，所述第二前驱体包括胺类化合物和含氮杂环化合物中的至少一种；
[0024]优选地，所述第二前驱体为：
(3,3'
‑
二氨基二丙基胺
)、(2,6,10
‑
三甲基
‑
2,6,10
‑
三氮杂十一烷
)、(
四甲基甲烷二胺
)、(
吡啶
‑3‑
甲酸
)、(
喹啉
)、(
吡咯
)
和
(
吡啶
)
中的至少一种
。
[0025]本专利技术第三方面提供了一种催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0026](1)
泡沫金属在金属盐混合液中浸渍，静置，得到预处理的泡沫金属；
[0027](2)
将预处理后的泡沫金属浸渍在含有有机配体的金属盐混合液中，静置
。
[0028]所述有机配体的制备方法包括以下步骤：
[0029]第一前驱体和第二前驱体在有机溶剂中混合，经加热
、
搅拌
、
过滤
、
洗涤
、
干燥；
[0030]优选地，所述第一前驱体为含
X
的前驱体；
[0031]所述第二前驱体为含季铵离子的前驱体；
[0032]优选地，所述搅拌的步骤包括：在
25
‑
75℃
的条件下搅拌1‑
24h。
[0033]所述含
X
的前驱体包括卤代羧酸类化合物
、
卤代磷酸类化合物或卤代磺酸类化合物；
[0034]优选地，所述含季铵离子的前驱体包括胺化合物和含氮杂环化合物中的至少一种；
[0035]优选地，所述含季铵离子的前驱体为：
(3,3'
‑
二氨基二丙基胺
)、(2,6,10
‑
三甲基
‑
2,6,10
‑
三氮杂十一烷
)、(
四甲基甲烷二胺
)、(
吡啶
‑3‑
甲酸
)、(
喹啉
)、(
吡咯
)
和
(
吡啶
)
中的至少一种；
[0036]优选地，所述有机溶剂包括异丙醇
、
乙醇
、
乙醚
、
甲醇
、
丙醇
、
丁醇
、
叔丁醇
、
乙二醇
、
丙三醇
、N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
有机配体在制备用于电催化水氧化或电催化水还原的催化剂中的应用
。2.
根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述有机配体具有结构通式1或结构通式2；
(1)
其中，
n1≥1
，
n2≥1
，
p≥0
；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8均选自
X
为羧酸基团
、
磷酸基团或磺酸基团；
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8不能完全相同；
m≥1
；
(2)
其中，为含氮杂环；
D
为烷烃基或苯基；和
D
上的取代基
X
的个数大于等于0，且不同时为0，
m≥1
；
X
为羧酸基团
、
磷酸基团或磺酸基团；优选地，所述有机配体具有如下结构式：
3.
一种催化剂，其特征在于，所述催化剂至少具有第一片状结构和第二片状结构；所述第一片状结构的尺寸为
0.2
‑4μ
m
；所述第二片状结构的尺寸为
0.01
‑
0.4
μ
m。4.
根据权利要求3所述的催化剂，其特征在于，其原料包括有机配体；优选地，所述有机配体的原料包括第一前驱体和第二前驱体；优选地，所述第一前驱体为卤代羧酸类化合物
、
卤代磷酸类化合物或卤代磺酸类化合物；优选地，所述第二前驱体为含季铵离子的前驱体；优选地，所述第二前驱体包括胺类化合物和含氮杂环化合物中的至少一种；优选地，所述第二前驱体为
中的至少一种
。5.
一种催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
泡沫金属在金属盐混合液中浸渍，静置，得到预处理的泡沫金属；
(2)
将预处理后的泡沫金属浸渍在含有有机配体的金属盐混合液中，静置
。6.
根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体的制备方法包括以下步骤：第一前驱体和第二前驱体在有机溶剂中混合，经加热
、
搅拌
、
过滤
、
洗涤
、
干燥；优选地，所述第一前驱体为含
X
的前驱体；所述第二前驱体为含季铵离子的前驱体；优选地，所述搅拌的步骤包括：在
25
‑
75℃
的条件下搅拌1‑
24h。7.
根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述含
X
的前驱体包括卤代羧酸类化合物
、
卤代磷酸类化合物或卤代磺酸类化合物；优选地，所述含季铵离子的前驱体包括胺化合物和含氮杂环化合物中的至5少一种；优选地，所述含季铵离子的前...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立成，李文龙，李志恒，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：