[发明专利]一种具有氢析出功能的CoFe催化材料及其制备方法

说明书

本发公开了一种具有氢析出功能的CoFe催化材料及其制备方法，以乙酸钴为钴源，采用模板法制得前驱体，将前驱体在管式炉中进行退火处理，得到CoFe₂O₄，再将CoFe₂O₄在管式炉中进行退火处理，采用还原法合成制得CoFe催化材料。该催化剂具有优异的HER催化性能，其HER的析出电位仅为95mV vs RHE。并且具有较好的催化稳定性，经过1000圈的CV循环后，析出电位和电流密度没有出现衰减。本发明采用价格低廉的非贵金属原材料，制备过程简单，所合成的CoFe催化材料具备优异的HER催化性能，且催化性能稳定性，是一种高效、耐用的电催化剂，不仅能简化设备和降低成本，而且还可以提高效率，具有良好的电解水催化应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂制备的技术领域，具体涉及一种具有氢析出功能的CoFe催化材料及其制备方法。

背景技术

金属有机骨架化合物(Metal-organic framework，MOF)有高度有序的孔结构、极高的孔隙度和超高的比表面积，一般MOF的孔体积占其总体积的50％以上。MOF材料极佳的孔洞结构为电化学氧化还原反应提供了更多的活性位点。目前，大部分MOF衍生材料为单金属化合物，合成由MOF衍生的双金属化合物仍较困难：当加入第二种金属离子时，MOF形成过程的高复杂性将导致配位聚合物的成核和生长出现分离。

但现有技术中，贵金属材料虽然催化效果较优，但价格昂贵，如铂钯钌等，且地球中的存量少、在催化过程中出现稳定较差的问题；而非贵金属材料的催化性能较差，用于电解水产氢的催化剂存在催化过程缓慢，没有同时具有催化性能好且稳定的双金属MOF材料，运用于氢析出的研究较少。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有氢析出功能的CoFe催化材料及其制备方法，采用模板法和还原法合成了CoFe催化材料，该催化剂可用于电解水产氢，具有优异的HER催化性能和催化稳定性。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种具有氢析出功能的CoFe催化材料及其制备方法，包括如下步骤：

1)取反丁烯二酸溶解于DMF溶液中，搅拌过程中加入乙酸钴和硝酸铁，搅拌使溶解，再转入聚四氟乙烯水热釜中，升温至80-120℃，保持12h，降至室温，经烘干，得前驱体；

2)将前驱体放入管式炉中，在氮气气氛下进行退火处理，得CoFe₂O₄；

3)将CoFe₂O₄放入管式炉中在氮气/氢气气氛下进行退火处理，得CoFe催化材料。

作为上述方案的进一步改进，所述乙酸钴与所述硝酸铁的摩尔比为(1-3)：1，优选2：1。

作为上述方案的进一步改进，步骤1)升温过程序中的速率为10℃/min。优选100℃。

作为上述方案的进一步改进，步骤1)中，在烘干前还包括如下步骤：用无水乙醇和DMF进行多次离心和洗涤。

作为上述方案的进一步改进，步骤1)中烘干温度为50-80℃。

作为上述方案的进一步改进，步骤2)的退火处理过程为：以2℃/min速率升温到450℃，保持2h，再以3℃/min速率降至400℃，随后自然降温。

作为上述方案的进一步改进，步骤3)的退火处理过程为：以2℃/min速率升温到500℃，保持2h，并以3℃/min速率降至400℃，随后自然降温。

一种具有氢析出功能的CoFe催化材料，是根据如上所述的制备方法制得。