[发明专利]一种贵金属铑析氢电催化剂及应用

说明书

本发明属于电解水析氢催化材料领域，具体涉及一种贵金属铑析氢电催化剂及应用。本发明通过两步电沉积这种温和合成方法制备了氧化铑‑镍基磷酸盐‑碳载体，具有较低的Rh含量。电化学实验结果表明氧化铑‑镍基磷酸盐‑碳载体展现出优异的HER的电化学性能，能与商业Pt/C催化剂的性能媲美。

技术领域

本发明属于电解水析氢催化材料领域，具体涉及一种贵金属铑析氢电催化剂及应用。

背景技术

对矿物燃料消耗和二氧化碳的排放带来的环境后果迫使人们作出重大努力，开发一种规模足够大的新可再生材料，以代替矿物燃料并满足日益增长的全球能源消耗需求。探索有效的生产策略合成分子氢成为热潮。在高活性非贵金属电催化剂的辅助下，电解的水正成为生产低成本，高纯度氢的有希望的候选者。理论上所描述的氢吸附吉布斯自由能相关 (ΔG_H) 通常与催化剂活性相关。而现如今，铂 (Pt) 及其合金有接近于0的ΔG_H，有着高交换电流密度和酸性条件下的最低Tafel斜率，故被认为是HER中较优异的一类催化剂。尽管如此，铂系HER催化剂虽具有上述优点，但由于Pt稀缺、价格高、稳定性差，极大地限制了大规模的商业化应用。近期，一些研究证明其他贵金属也能呈现出优异的HER性能，如钯(Pd)、铱 (Ir)、铑 (Rh) 和钌(Ru) 等。鉴于贵金属价格昂贵，减少其使用量在HER是至关重要的。但同时为了保障贵金属的高活性，将其与过渡金属复合可望获得高效、低廉的HER电催化剂。。

金属铑 (Rh) 在各种应用中表现出优异的活性。特别是，磷化铑 (Rh-P)催化剂表现出优异的HER性能和良好的循环稳定性。向Rh催化剂材料中引入P会导致ΔG_H*转变为更中性的值 (更接近于零)，这表明降低Rh负载量可得到更大的催化活性。密度泛函理论计算(DFT) 表明，P 3p谱带的开壳效应不仅促进Rh 4d质子-电子电荷交换，而且还提供出色的p-p重叠，在碱性介质中可有益于HER过程。磷 (P) 对HER活性的影响，主要通过结构工程进一步提高TMP催化效率和稳定性的策略。Fan课题组通过煅烧的方法得到尺寸小、单分散、分布均匀的Rh_xP纳米粒子负载在磷掺杂的氮化碳上。表面高度密集Rh的电极在酸性电解质具有很高的HER固有活性。然而，据现阶段报道的文献所知，温和方法合成Rh基电催化催化剂的研究较少。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种贵金属铑析氢电催化剂及应用。

本发明所采取的技术方案如下：一种贵金属铑析氢电催化剂，其制备过程包括：

（1）在导电基体上负载碳载体得到负载碳载体的导电基体；

（2）采用步骤（1）得到的负载碳载体的导电基体为工作电极，石墨棒作为对电极，含有镍盐前驱体、磷前驱体的水溶液作为沉积液，通过电沉积法形成负载镍基磷酸盐-碳载体的导电基体；

（3）采用步骤（2）得到的负载镍基磷酸盐-碳载体的导电基体为工作电极，铑丝作为对电极，硫酸为沉积液，通过电沉积法形成负载氧化铑-镍基磷酸盐-碳载体的导电基体。

步骤（1）中，所述导电基体为玻璃碳、铂、钛、铜、铁、镍中的一种或多种组合。

所述导电基体为玻璃碳，玻璃碳先用酒精润湿的棉花擦拭干净，采用抛光粉抛光，最后采用抛光布抛光，抛光结束后，将导电基体先后置于超纯水和乙醇溶液中超声，表面吹干。

步骤（1）中，将碳载体分散到溶剂中制成分散均匀的悬浊液，滴加到导电基体上，自然干燥，得到负载碳载体的导电基体。

所述碳载体为炭黑、碳纳米管或石墨烯。

如上述的贵金属铑析氢电催化剂及应用在电解水产氢中的应用。