[发明专利]一种电催化析氢材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种电催化析氢材料，包括：泡沫镍基体，以及负载于所述泡沫镍基体上的活性组分，所述活性组分包含单质Co、式(I)所示的第一复合金属氧化物和式(II)所示的第二复合金属氧化物，Co_3‑xNi_xO₄式(I)；Co_1‑yNi_yO式(II)，式(I)中，x的取值范围为0＜x＜3，式(II)中，y的取值范围为0＜y＜1。该电催化析氢材料有优异的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料领域，具体涉及一种电催化析氢材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢气作为二次能源和清洁能源载体，具有来源广、燃烧热值高、清洁低碳等优点，对保障国家能源安全、应对气候变化、防治大气污染等具有重要意义，是21世纪最具发展潜力的清洁能源之一。

在诸多制氢工艺中，电解水制氢因其操作简便、绿色环保等优点而备受研究者青睐，具有广阔的应用前景。电解水技术的核心是电催化水分解过程，这一过程发生在电催化剂表面。因此，开发高活性、高稳定性的电催化剂，降低反应过电位，提高反应动力学，是实现高效制氢的重要研究课题。

目前，贵金属铂(Pt)被认为是最优的电解水析氢催化剂，然而Pt存在价格昂贵、储量匮乏等问题，这严重限制了其在析氢反应(HER)中的大规模应用。因此，寻找廉价高效的电催化剂是当前电解水制氢领域面临的主要挑战。

过渡金属化合物，特别是镍钴双金属氧化物，因其低廉的价格、优异的电子特性、良好的化学稳定性及氧化还原活性而备受关注。值得注意的是，尽管科学家们已经做了大量的工作，但目前镍钴双金属氧化物的合成往往涉及复杂的多步反应或高温煅烧反应，并且材料的析氢性能也不十分理想。这些问题不仅不能满足电催化剂的设计要求，也不利于工业上的批量化生产。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种电催化析氢材料，其以泡沫镍为基体，以单质Co、Co_3-xNi_xO₄和Co_1-yNi_yO作为活性组分，具有优异的催化活性和稳定性。

本发明的目的之二在于提供一种与上述目的之一相对应的电催化析氢材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种与上述目的相对应的电催化析氢材料在电解水领域中的应用。

本发明的目的之四在于提供一种与上述目的相对应的电催化析氢材料在全水分解领域中的应用。

为实现上述目的之一，本发明采取的技术方案如下：

一种电催化析氢材料，包括：泡沫镍基体，以及负载于所述泡沫镍基体上的活性组分，所述活性组分包含单质Co、式(I)所示的第一复合金属氧化物和式(II)所示的第二复合金属氧化物，

Co_3-xNi_xO₄ 式(I)

Co_1-yNi_yO 式(II)

式(I)中，x的取值范围为0＜x＜3，式(II)中，y的取值范围为0＜y＜1。

本申请的发明人经研究发现，单质Co、式(I)所示的第一复合金属氧化物和式(II)所示的第二复合金属氧化物构成的活性组分体系具有更高的催化活性。

根据本发明，Co_3-xNi_xO₄表示Ni掺杂的Co₃O₄晶粒。

根据本发明，Co_1-yNi_yO表示Ni掺杂CoO与Co掺杂NiO共同构成的复合晶粒。