[发明专利]钴基产氧催化剂及其制备方法以及一种碱性制氢电解槽

说明书

本发明提供了一种钴基产氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：A)制备CoMoO₄纳米棒前驱体；B)将所述CoMoO₄纳米棒前驱体分散到阴离子前驱体的溶液中，通过水热反应进行阴离子交换，得到钴基催化剂；所述阴离子前驱体选自金属氢氧化物、金属硫化物、金属硒化物或磷酸盐化合物。本发明将CoMoO₄纳米棒前驱体与阴离子前驱体进行水热反应，即可得到形貌一致的钴基产氧催化剂，方法步骤简单，操作简易，具有方便、快速等特点。本发明提供的催化剂的催化性能优异，在电化学全解水制氢等领域有着很好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及钴基产氧催化剂及其制备方法以及一种碱性制氢电解槽。

背景技术

氢氧燃料电池由于具有高能量密度和几乎零碳排放的优点，成为目前能源领域的研究热点。开发实用的氢氧燃料电池对当今世界的能源与环境问题有着重大意义。降低氢气制备的经济与环境成本是发展推广氢氧燃料电池的关键环节。制备氢气的一种较为环保的方法就是电解水制氢，电解水制氢反应分为阳极的氧气析出反应和阴极的氢气析出反应。氧气析出反应中缓慢的四电子过程是制约电解水应用的核心因素之一，寻找合适的催化剂是解决问题的重要途径。目前，用于氧气析出反应的催化剂仍是地球储量非常稀少的贵金属钌和铱的氧化物。因此，开发高效、稳定和廉价的非贵金属材料作为氧气析出反应的催化剂是现代化学材料领域一个重要的研究方向。

强酸和强碱性电解液可以满足水分解所需的快速离子传输的要求。相对于酸性电解液，碱性电解液产氢，由于其具有更低的蒸汽压因而能得到更高纯度的氢气，已经广泛被工业界所接受。而且大多数用于产氧的催化剂，例如金属氧化物，在碱性电解液中有着更高的活性，但在酸性电解液有着较差的活性和稳定性。因此碱性条件下催化剂的研究受到更为广泛的关注。

过去的几十年间，研究人员探索了众多钴基化合物作为氧气析出反应的催化剂，包括CoSe₂纳米带，CoOOH纳米棒，Co₃S₄纳米片，Co₃(PO₄)₃·8H₂O纳米球，CoMoO₄纳米线。然而每项工作中，材料的形貌有着明显差异并且催化性能较低。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供钴基产氧催化剂及其制备方法以及一种碱性制氢电解槽，按照本发明制备方法能够制备出形貌一致的钴基产氧催化剂，并且所述钴基产氧催化剂的催化性能优异。

本发明提供了钴基产氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A)制备CoMoO₄纳米棒前驱体；

B)将所述CoMoO₄纳米棒前驱体分散到阴离子前驱体的溶液中，通过水热反应进行阴离子交换，得到钴基催化剂；所述阴离子前驱体选自金属氢氧化物、金属硫化物、金属硒化物或磷酸盐化合物。

优选的，所述CoMoO₄纳米棒前驱体按照如下方法进行制备：

将钴盐、钼酸盐与去离子水进行混合，得到混合溶液；

将所述混合溶液在120～180℃的条件下进行反应后依次进行分离、洗涤和干燥，得到CoMoO₄纳米棒前驱体。

优选的，所述钴盐为硝酸钴、氯化钴和乙酸钴中的一种或多种，钼酸盐为钼酸钠和钼酸铵中的一种或多种。

优选的，所述金属氢氧化物选自氢氧化锂、氢氧化钠及氢氧化钾中的一种或多种；

所述金属硫化物选自硫化钠和硫化钾中的一种或多种；

所述金属硒化物选自亚硒酸钠和亚硒酸钾的一种或多种；