【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料的制备与应用，特别是涉及一种活性金属负载碳基材料及其制备方法、应用、全电池中阴极电极和制备方法。
技术介绍
1、在目前的报道中，钌(ru)基催化剂因其优异的her活性及较低的价格受到广泛的关注，它被认为最有潜力的pt基her催化剂的替代品之一。研究者们对ru材料的改性多种多样，多数都在于利用环境原子调整ru原子表面的电子分布，以使ru-h键结合能达到最优的吸附脱附氢过程。在浏览报道中我们发现，niru材料具有较好的碱性her电解水性能。在ru基材料中加入ni，通过异质原子键的形成以及晶格参数和电荷分布的改变，能有效改变ru金属表面的化学性质。
2、然而，在材料组成上，这些碳材料负载的niru催化剂多数组分较少且活性位点较为单一。另一方面，从合成方法上，niru材料通常通过复杂的合成过程获得，例如退火、电化学还原等，多数合成技术只能获得少量的产物，这限制了这种金属/碳基催化剂的应用。另外，在电化学测试中，niru材料在大电流密度下的测试数据也比较少。在工业电解装置中的模拟测试更是少之又少。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种活性金属负载碳基材料及其制备方法、应用、全电池中阴极电极和制备方法，该活性金属负载碳基材料具有特定的结构组成，以其组成的电极具有优异的电催化产氢活性；由该活性金属负载碳基材料组成的阴极电极有特定的制备方法，且电解水制氢活性以及稳定性有明显提升。
2、为实现上述目的及其他相关目的，
3、优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
4、a1)所述活性金属负载碳基材料包括两种以上活性金属元素的合金、各活性金属元素的氧化物和所述碳基材料，所述两种以上活性金属元素的合金和所述各活性金属元素的氧化物负载于所述碳基材料；
5、a2)所述活性金属元素选自al、in、tl、sn、pb、sb、bi、te、cu、ag、au、cd、hg、zr、hf、v、nb、ta、cr、mo、w、mn、re、fe、ru、co、rh、ir、ni、pd、pt、la、ce、nd、sm、tb和u中的两种以上；
6、a3)所述碳基材料选自卡博特炭黑、乙炔黑、科琴黑和石墨烯片聚集体中的至少一种；
7、a4)所述活性金属负载碳基材料的微观形貌包括纳米颗粒和纳米片；
8、a5)两种以上活性金属元素的合金中各活性金属元素与各活性金属元素的氧化物中各活性金属元素的摩尔比为0.5～2：1，如0.5～0.6：1或0.6～2：1。
9、本专利技术第二方面提供上述活性金属负载碳基材料的制备方法，包括以下步骤：
10、b1)将活性金属元素前驱体与碳基材料进行研磨，得到研磨粉末；
11、可以先将活性金属元素前驱体与碳基材料先进行混合得到混合粉末，再对混合粉末进行研磨。
12、b2)将所述研磨粉末进行微波反应，得到所述活性金属负载碳基材料。
13、优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
14、b11)步骤b1)中，所述活性金属元素前驱体为可溶性活性金属盐，如氯化盐、乙酰丙酮盐、酞菁盐、羰基盐等；
15、b12)步骤b1)中，所述活性金属元素前驱体和所述碳基材料的质量比为0.5～2.05：1，如0.5～1.53：1、1.53～1.58：1或1.58～2.05：1；
16、b13)步骤b1)中，研磨时间为1～6小时，如1～3小时或3～6小时；
17、b21)步骤b2)中，所述微波反应在空气气氛中进行；
18、b22)步骤b2)中，微波反应的功率为300～700w，如300～600w或600～700w；
19、b23)步骤b2)中，所述制备方法还包括：在微波反应后进行冷却。
20、本专利技术第三方面提供上述活性金属负载碳基材料在全电池中的用途，如碱性条件的全电池。
21、全电池是一个完整的电池，含阳极电极、阴极电极、阴离子交换膜、电解液、壳体(如双极板和端板)。
22、优选地，所述活性金属负载碳基材料用于修饰所述全电池中阴极电极。
23、更优选地，所述修饰方法包括如下步骤：将所述活性金属负载碳基材料、分散剂和粘结剂的混合物涂覆于所述阴极电极并干燥。
24、进一步更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
25、c1)所述分散剂为乙二醇；
26、c2)所述粘结剂为全氟磺酸型聚合物溶液；
27、c3)所述混合物通过下述方法获得：将所述活性金属负载碳基材料、所述分散剂和所述粘结剂进行超声分散获得；
28、c4)所述阴极电极为碳纸。
29、本专利技术第四方面提供一种全电池中阴极电极，所述阴极电极的表面包括上述活性金属负载碳基材料。
30、本专利技术第五方面提供上述全电池中阴极电极的制备方法，包括如下步骤：将所述活性金属负载碳基材料、分散剂和粘结剂的混合物涂覆于所述阴极电极并干燥。
31、如上所述，专利技术具有以下有益效果中的至少一项：
32、1)本专利技术活性金属负载碳基材料实现活性金属元素之间的纳米级组合，以碳基材料作为基底负载活性金属的纳米颗粒和纳米片，粒径均匀，分散性好。
33、2)本专利技术活性金属负载碳基材料包括两种以上活性金属元素的合金、各活性金属元素的氧化物和碳基材料，两种以上活性金属元素的合金和各活性金属元素的氧化物负载于碳基材料，具有特定的结构组成，以其组成的电极具有her活性，且其稳定性在相同测试条件下较常规催化材料有明显提升。
34、3)通过本专利技术制备方法制得的活性金属负载碳基材料具有均匀的粒径，分散性较好。
35、4)本专利技术活性金属负载碳基材料应用于全电池中作析氢电极时，电解槽表现出较低的槽压和良好的稳定性。
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1.一种活性金属负载碳基材料，其特征在于，包括活性金属元素和碳基材料，所述活性金属元素负载于所述碳基材料，所述活性金属元素选自IIIA～VIA、IB～VIIB和VIII中的两种以上。
2.如权利要求1所述的活性金属负载碳基材料，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
3.如权利要求1或2所述的活性金属负载碳基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的活性金属负载碳基材料的制备方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
5.如权利要求1或2所述的活性金属负载碳基材料在全电池中的用途。
6.如权利要求5所述的用途，其特征在于，所述活性金属负载碳基材料用于修饰所述全电池中阴极电极。
7.如权利要求6所述的的用途，其特征在于，所述修饰方法包括如下步骤：将所述活性金属负载碳基材料、分散剂和粘结剂的混合物涂覆于所述阴极电极并干燥。
8.如权利要求7所述的用途，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
9.一种全电池中阴极电极，其特征在于，所述阴极电极的表面
10.如权利要求9所述的全电池中阴极电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述活性金属负载碳基材料、分散剂和粘结剂的混合物涂覆于所述阴极电极并干燥。
...【技术特征摘要】
1.一种活性金属负载碳基材料，其特征在于，包括活性金属元素和碳基材料，所述活性金属元素负载于所述碳基材料，所述活性金属元素选自iiia～via、ib～viib和viii中的两种以上。
2.如权利要求1所述的活性金属负载碳基材料，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
3.如权利要求1或2所述的活性金属负载碳基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.如权利要求3所述的活性金属负载碳基材料的制备方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
5.如权利要求1或2所述的活性金属负载碳基材料在全电池中的用途。
6.如权利要求5所...
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