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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学,尤其涉及一种金属掺杂的自支撑四氧化钴纳米阵列催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在传统能源逐渐走向枯竭的时代,寻找可替代的新型能源成为能源领域亟待解决的难题之一。目前太阳能、风能、氢能、潮汐能等新型可再生清洁能源受到研究者广泛关注,在众多新型二次能源中,氢能凭借其能量密度高、清洁无污染、环境友好等优点受到许多研究者的关注。目前制氢工艺主要有化石燃料制氢、光解水制氢、电解水制氢、生物质制氢等,众多制氢工艺相比较而言,电解水制氢具有设备简单,工艺流程稳定,产生的氢气纯度高等优点,因此电解水制氢是未来实现零碳排放和可持续发展的制氢方法,具有极高现实意义,受到了研究者的广泛研究。目前电解水技术主要分为碱性电解水技术(alk),固体氧化物电解水技术(soec),阴离子交换膜电解水技术(aem),质子交换膜电解水技术(pem)。其中,质子交换膜电解水技术具有安全性好、产氢纯度高(>99.99%)、电流密度大(>1a/cm2)、体积小、能源效率高等优点,有望成为未来主要的电解水技术。在电解水的两个半反应中,析氢反应是简单的两电子反应,所需过电势较小,而阳极的析氧反应为复杂的四电子反应,其需要克服较高的反应势垒才能发生,因此可以有效降低阳极析氧反应过电势的催化剂是电解水制氢技术走向实际生产的关键。而且pem制氢技术在制氢过程中,阳极一侧会产生大量氢离子,阳极一侧酸性较高会导致一些金属离子的溶解,大大降低其稳定性。因此,寻找催化活性和稳定性优异的酸性电解水催化剂是pem电解水制氢技术走向实际应用的关键。
...【技术保护点】
1.一种金属掺杂的自支撑四氧化钴纳米阵列催化剂,其特征在于,所述催化剂包括自支撑四氧化钴纳米阵列和掺杂于所述自支撑四氧化钴纳米阵列表面的钌和/或铱。
2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,以掺杂有钌和/或铱元素的四氧化三钴纳米阵列中总原子数为基准,钌元素在所述自支撑四氧化钴纳米阵列中的掺杂原子百分数为0.1-5at%,优选为0.65-3.5at%。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂,其特征在于,以掺杂有钌和/或铱元素的四氧化三钴纳米阵列中总原子数为基准,铱元素在所述自支撑四氧化钴纳米阵列中的掺杂原子百分数为0.05-5at%,优选为0.32-1.6at%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的催化剂,其特征在于,所述催化剂还包括基底,所述自支撑四氧化钴纳米阵列负载于所述基底上;优选地,所述基底为碳基底。
5.根据权利要求4所述的催化剂,其特征在于,所述碳基底为碳纤维基底;优选地,所述碳纤维基底的纤维直径为10-30μm,更优选为20μm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的催化剂,其特征在于,所述催化剂的粒径为20
7.权利要求1-6任一项所述的催化剂的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
8.根据权利要求7所述的催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,相对于银氯化银标准电极电势,所述电沉积的恒电位为-0.8V-1.1V,优选为-1V;
9.根据权利要求7或8所述的催化剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述水热反应的温度为100℃-150℃,时间为6h-8h;
10.权利要求1-6任一项所述的催化剂或采用权利要求7-9任一项所述的制备方法制备得到的催化剂在电解水析氧中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种金属掺杂的自支撑四氧化钴纳米阵列催化剂,其特征在于,所述催化剂包括自支撑四氧化钴纳米阵列和掺杂于所述自支撑四氧化钴纳米阵列表面的钌和/或铱。
2.根据权利要求1所述的催化剂,其特征在于,以掺杂有钌和/或铱元素的四氧化三钴纳米阵列中总原子数为基准,钌元素在所述自支撑四氧化钴纳米阵列中的掺杂原子百分数为0.1-5at%,优选为0.65-3.5at%。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂,其特征在于,以掺杂有钌和/或铱元素的四氧化三钴纳米阵列中总原子数为基准,铱元素在所述自支撑四氧化钴纳米阵列中的掺杂原子百分数为0.05-5at%,优选为0.32-1.6at%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的催化剂,其特征在于,所述催化剂还包括基底,所述自支撑四氧化钴纳米阵列负载于所述基底上;优选地,所述基底为碳基底。
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【专利技术属性】
技术研发人员:王枫梅,法卡度·塞盖·达建,王雨萌,
申请(专利权)人:北京化工大学,
类型:发明
国别省市:
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