[发明专利]一种中空正八面体电催化全解水材料的制备方法

说明书

本发明公开一种中空正八面体电催化全解水材料的制备方法，其制备方法在于：将Co(NO₃)₂·6H₂O和二甲基咪唑的甲醇溶液混合均匀，搅拌反应，得到中间体。然后将所得中间体用乙醇分散好，再加入Na₃PO₄的水溶液，整个体系回流反应，反应结束后收集产物，洗涤，烘干即可得产品。本发明的优点：1.所制备的材料形貌规整，为规整的中空正八面体结构；2.所制备的材料用于电催化全分解水效率高，电流密度为10mA/cm²时，裂解水的电池电压为1.63V。当提供1.66V电压时，电流密度为32mA/cm²；3.所制备的材料用于电催化全分解水稳定性好，至少能连续工作24h仍保持很高的活性；4.材料制备简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种中空正八面体电催化全解水材料的制备方法，属于环保新能源领域。

背景技术

人类对化石能源的利用，推动了社会和文明的高速发展。但是，伴随着全球能源需求的增长以及化石能源的枯竭和燃烧产生的环境污染问题，世界各国对能源问题越来越重视。因此，开发高效率、低成本和环保的清洁可持续新型绿色能源迫在眉睫。

新型绿色能源包括风能、太阳能、潮汐能、氢能等。其中氢的开发和利用备受关注，主要原因是其具有储量丰富、可再生、无污染等特点。地球上大量存在的水，就是氢能的一个巨大来源。电解水制氢能够避免生成污染气体，产生的H₂纯度高，是未来氢产业的核心方向。电解水制氢技术的关键是设计低廉且高效稳定的催化剂以实现低能耗催化水的分解。水分解分为析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，这两个半反应对于水分解至关重要。其中，HER具有相对简单的反应机理，只需要较低的过电位就可以驱动，比较容易实现。然而，OER的反应机理复杂，并且析氧动力学非常缓慢，因此需要较高的过电位才能驱动，这会降低整体催化效率以及显著增大能耗。因此，使HER和OER同时有效进行的全分解水反应往往受制于OER的反应效率，整体效率较低。研发新型高效的电催化材料，有效提高全解水的效率，是目前普遍关注的研究热点。基于以上技术背景，本技术发明了一种新型高效全解水制氢电催化材料的制备方法，具体涉及一种中空正八面体电催化全解水材料的制备方法，相关技术未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中空正八面体电催化全解水材料的制备方法。

本发明采用如下手段：

(1)将Co(NO₃)₂·6H₂O和二甲基咪唑分别溶于35mL甲醇中，Co(NO₃)₂·6H₂O的量可在1mmol至10mmol范围内变动，二甲基咪唑的量可在15mmol至40mmol范围内变动。

(2)将两种溶液混和，搅拌24h混和均匀。搅拌反应的温度范围为20℃至50℃。反应完全后将产物收集、洗涤、干燥备用，得到中间体A；

(3)将中间体A分散于40mL乙醇中，所用的量为10mg至50mg。将100mg Na₃PO₄溶解于20mL去离子水中，形成溶液，然后加入到上述制备好的A的乙醇分散液中，形成混和液；

(4)将(3)所制备的混和液进行加热回流反应，反应温度可为50℃至95℃，反应时间可为1h至5h。反应结束后，洗涤，烘干，即得最终的产品。

本发明的优点在于：1.所制备的材料形貌规整，为规整的中空正八面体结构(如图1所示)；2.所制备的材料用于电催化全分解水效率高，电流密度为10mA/cm²时，裂解水的电池电压为1.63V。当提供1.66V电压时，电流密度为32mA/cm²；3.所制备的材料用于电催化全分解水稳定性好，至少能连续工作24h仍保持很高的活性；4.材料制备简单，成本低，适用大面积推广应用。