【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源转化利用，具体涉及一种高性能凝胶催化剂的制备方法和应用。
技术介绍
1、氢气是一种理想的绿色清洁能源，然而目前绝大部分氢气由甲烷、煤炭等化石燃料经蒸汽重整、气化等化学过程制得。化石燃料不可再生，使用过程对环境造成了极大的危害，利用可再生能源分解水（如电解水）制氢是一种真正意义上的绿色可持续制氢途径，开展电解水制氢技术相关的研究具有极为重要的应用价值。电解水制氢过程由两个半反应构成：阴极析氢反应（her）和阳极析氧反应（oer）。其中，oer反应由于其四电子转移机制使得反应动力学缓慢，所需的过电位高，制约着整个电解水过程的效率。因此，开发低成本、高效稳定的催化剂是推动电解水技术发展的关键。
2、目前，pt是性能最好的商品化her催化剂，ru和ir的氧化物是最先进的oer商品催化剂，但由于贵金属的稀缺性和高成本严重限制了电解水技术的工业化发展。因此，开发非贵金属催化剂在学界和业界都引起了极大的关注并取得了引人注目的研究进展，相关催化剂主要包括碳材料和过渡金属材料，其中低成本的钴（co）和镍（ni）基化合物被认为是替代贵金属最有效的oer催化材料。然而许多过渡金属电催化剂存在自团聚严重、导电性差和稳定性差的问题，解决方法之一是将过渡金属分散在导电载体上。传统的导电载体通常不能很好地锚定金属颗粒，在严苛的电化学环境下容易导致金属活性组分的剥离、团聚和溶解。因此，开发具有高孔隙率的多维互联导电网络是提高非贵金属电催化剂活性和稳定的重要策略之一。
3、凝胶材料是21 世纪研究最广泛的软材料之一，具有
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高性能凝胶催化剂的制备方法和应用，通过在处理过的基底上生长凝胶，得到具有三维多孔结构的凝胶材料，再将一定量的金属浸渍上去，同时利用光处理的非平衡属性有效制造出更多的缺陷及高活性金属物种，并使其嵌入凝胶材料基体中，从而避免了金属物种的聚集，增加了催化剂的活性表面积，提升了其电催化活性和稳定性。
2、本专利技术采用如下技术方案：
3、一种高性能凝胶催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、第一步，将基底进行预处理；
5、第二步，将处理后的基底浸渍到凝胶前驱体和交联剂的混合溶液中；浸渍时间为1~60min；
6、第三步，向第二步的混合溶液中加入氧化剂溶液，使凝胶前驱体在基底上聚合成凝胶；聚合时间为1~24h；
7、第四步，将第三步中得到的凝胶材料洗涤、干燥；
8、第五步，取金属盐溶液滴加在第四步所得到的凝胶材料上，干燥，得到凝胶催化剂；
9、第六步，将第五步中得到的凝胶催化剂用紫外或可见光照射，光照时间为0.5~48h；
10、第七步，将第六步中得到的凝胶催化剂用去离子水清洗至中性，干燥，得到所述的高性能凝胶催化剂。
11、进一步地，第一步中所述基底包括碳纸、碳布、镍网、钛网、铜网、泡沫铜、泡沫镍、钛纤维棉中的任意一种；所述预处理方式为高温煅烧、酸洗、丙酮和水清洗单一或组合方法。
12、进一步地，第一步中所述预处理方式为高温煅烧，然后用丙酮和水清洗，煅烧温度为220-500℃，煅烧时间为1-9h。
13、进一步地，第二步中所述凝胶前驱体包括吡咯、苯胺、丙烯酸、壳聚糖、氧化石墨烯中的任意一种，所述交联剂为植酸，所述凝胶前驱体和交联剂的摩尔比为，1:20~20:1，所述混合溶液的溶剂包括水或醇类的一种或组合，混合溶液的浓度为1~100 mmol/ml。
14、进一步地，第二步中所述凝胶前驱体包括吡咯、苯胺或丙烯酸中的任意一种，溶剂包括水或异丙醇，混合溶液的浓度为1-50mmol/l。
15、进一步地，第三步中所述氧化剂包括过硫酸铵、过氧化氢、三氯化铁、氯化铜、硫酸铜、高锰酸钾中的任意一种，氧化剂溶液的溶剂包括水或醇类的一种或组合，氧化剂溶液的浓度为50~500 mg/ml。
16、进一步地，所述氧化剂包括过硫酸铵、过氧化氢或三氯化铁，溶剂为水。
17、进一步地，第四步中所述干燥为真空干燥，干燥温度为30-80℃，干燥时间为1-12h，优选地，干燥时间为3-12h。
18、进一步地，第五步中所述金属盐包括乙酰丙酮配位金属化合物、硝酸盐、氯化物中的任意一种或组合金属混合物，金属盐溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或组合混合溶液，金属盐溶液的浓度为0.01~1mol/l。
19、进一步地，所述乙酰丙酮配位金属化合物包括乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴或乙酰丙酮镍；所述硝酸盐包括硝酸铁、硝酸钴或硝酸镍；所述氯化物包括氯化铁、氯化钴或氯化镍；
20、进一步地，所述组合金属混合物为双金属混合物，任意两种金属的摩尔比为1:9~9:1。
21、进一步地，所述金属盐溶液为乙酰丙酮配位金属化合物，溶剂为醇和水的混合溶液，金属盐溶液的浓度为0.05~0.25mol/l。
22、进一步地，第六步中所述紫外或可见光的波长范围为200~850nm，优选地，波长范围为380~630nm，处理时间为1~24h。
23、一种高性能凝胶催化剂应用于电催化全解水和二氧化碳还原反应。
24、本专利技术的催化剂中的导电凝胶网络不仅可以分散和锚定金属活性物种，还可以通过有效的扩散路径实现快速的电子传输，更加有效地利用活性位点；导电凝胶中丰富的官能团能够促进活性物种与凝胶材料之间有效的相互作用，抑制了水电解过程中金属活性物种快速的相变化。同时，在光照辅助处理下凝胶网络形态结构发生变化，有效限制了金属物种的迁移和聚集，并促使形成了更多的缺陷以及高活性金属物种，增强了催化剂表面的亲水性，从而在全解水、二氧化碳还原等反应中表现出极为优异的电催化性能。
25、本专利技术的有益效果如下：
26、本专利技术的制备方法简单，易于操作，成本低。制备得到的凝胶基底具有三维的微观结构和高水合性，这意味着有利于与电解液的界面相互作用，强化电催化过程中的电荷转移。此外，聚吡咯水凝胶还具有较高的导电性、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第一步中所述基底包括碳纸、碳布、镍网、钛网、铜网、泡沫铜、泡沫镍、钛纤维棉中的任意一种；所述预处理方式为高温煅烧、酸洗、丙酮和水清洗单一或组合方法。
3.根据权利要求2所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第一步中所述预处理方式为高温煅烧，然后用丙酮和水清洗，煅烧温度为220-500℃，煅烧时间为1-9h。
4.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第二步中所述凝胶前驱体包括吡咯、苯胺、丙烯酸、壳聚糖、氧化石墨烯中的任意一种，所述交联剂为植酸，所述凝胶前驱体和交联剂的摩尔比为，1:20~20:1，所述混合溶液的溶剂包括水或醇类的一种或组合，混合溶液的浓度为1~100 mmol/ml。
5.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第三步中所述氧化剂包括过硫酸铵、过氧化氢、三氯化铁、氯化铜、硫酸铜、高锰酸钾中的任意一种，氧化剂溶液的溶剂包括水或醇
6.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第四步中所述干燥为真空干燥，干燥温度为30-80℃，干燥时间为1-12h。
7.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第五步中所述金属盐包括乙酰丙酮配位金属化合物、硝酸盐、氯化物中的任意一种或组合金属混合物，金属盐溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或组合混合溶液，金属盐溶液的浓度为0.01~1mol/L。
8.根据权利要求7所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：所述乙酰丙酮配位金属化合物包括乙酰丙酮铁、乙酰丙酮钴或乙酰丙酮镍；所述硝酸盐包括硝酸铁、硝酸钴或硝酸镍；所述氯化物包括氯化铁、氯化钴或氯化镍；
9.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第六步中所述紫外或可见光的波长范围为200~850nm，处理时间为1~24h。
10.一种如权利要求1所述的制备方法制备的高性能凝胶催化剂应用于电催化全解水和二氧化碳还原反应。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第一步中所述基底包括碳纸、碳布、镍网、钛网、铜网、泡沫铜、泡沫镍、钛纤维棉中的任意一种；所述预处理方式为高温煅烧、酸洗、丙酮和水清洗单一或组合方法。
3.根据权利要求2所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第一步中所述预处理方式为高温煅烧，然后用丙酮和水清洗，煅烧温度为220-500℃，煅烧时间为1-9h。
4.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第二步中所述凝胶前驱体包括吡咯、苯胺、丙烯酸、壳聚糖、氧化石墨烯中的任意一种，所述交联剂为植酸，所述凝胶前驱体和交联剂的摩尔比为，1:20~20:1，所述混合溶液的溶剂包括水或醇类的一种或组合，混合溶液的浓度为1~100 mmol/ml。
5.根据权利要求1所述的一种高性能凝胶催化剂的制备方法，其特征在于：第三步中所述氧化剂包括过硫酸铵、过氧化氢、三氯化铁、氯化铜、硫酸铜、高锰酸钾中的任意一种，氧化剂溶液的溶剂包括水或醇...
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