[发明专利]电催化剂B-MnO/CNT的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及电催化剂B‑MnO/CNT的制备方法及其应用。包括如下步骤：将碳纳米管分散于去离子水中，超声得溶液A；取无水MnCl₂和柠檬酸，充分溶解于水中，超声后搅拌，得溶液B；将溶液A和溶液B混合均匀后，超声得混合溶液；在冰水浴条件下，将NaBH₄溶液逐滴加入到混合溶液中，并继续搅拌，离心收集黑色固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后，烘干，研磨后放入管式炉，氮气保护下，300℃煅烧1h，得B‑MnO/CNT。本发明以B‑MnO/CNT电极为工作电极，将阳极苄胺氧化代替OER反应，实现苄胺的氧化协同阴极析氢，采用本发明的方法，相同电压下，加入苄胺的电流密度明显高于OER反应。

技术领域

本发明属于电化学领域，特别涉及一种用于电催化水裂解制氢的电催化剂B-MnO/CNT的制备方法和应用。

背景技术

电催化水裂解是制备清洁能源氢气的有效方式，然而OER反应是四电子过程，动力学上不占优势，限制了水分解的速率。尽管已经开发出许多先进的非贵金属电催化剂来提高OER的活性，但是OER反应仍然需要更高的过电势才能与HER的速率相匹配，从而导致能量转换效率较低。因此，用热力学更有利的物种的电氧化代替阳极OER反应的策略，对于提高氢气产生速率具有越来越重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种B-MnO/CNT电极，将阳极苄胺氧化代替OER反应，实现苄胺的氧化协同阴极析氢，采用本发明的方法，相同电压下，加入苄胺的电流密度明显高于OER反应。

本发明采用的技术方案是：电催化剂B-MnO/CNT的制备方法，包括如下步骤：将碳纳米管分散于去离子水中，超声分散均匀，得溶液A；取无水MnCl₂和柠檬酸，充分溶解于水中，超声后搅拌，得溶液B；将溶液A和溶液B混合均匀后，超声30-40min，得混合溶液；在冰水浴条件下，将NaBH₄溶液逐滴加入到混合溶液中，冰水浴条件下继续搅拌30-40min，离心收集黑色固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后，烘干，研磨后放入管式炉，氮气保护下，300℃煅烧1h，得B-MnO/CNT。

优选的，上述的方法，包括如下步骤：将50mg碳纳米管分散于30mL去离子水中，超声15min分散均匀，得溶液A；取0.132g无水MnCl₂和0.25g柠檬酸，充分溶解于15mL水中，超声后搅拌30min，得溶液B；将溶液A和溶液B混合均匀后，超声30min，得混合溶液；在冰水浴条件下，将20mL浓度为0.15M的NaBH₄溶液逐滴加入到混合溶液中，冰水浴条件下继续搅拌30min，离心收集黑色固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后，放入60℃烘箱内烘干，研磨后放入管式炉，氮气保护下，300℃煅烧1h，得B-MnO/CNT。

本发明提供的电催化剂B-MnO/CNT在电催化水裂解制氢中的应用。

优选的，方法如下：于B-MnO/CNT中加入去离子水、无水乙醇和Nafion，超声分散均匀后，滴加到玻碳电极上，放入40℃烘箱烘干，制得B-MnO/CNT电极；以B-MnO/CNT电极为工作电极，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为铂电极，以1M KOH为电解液，向阳极室加入苄胺，进行电催化水裂解制氢。

优选的，按体积比，去离子水:无水乙醇:Nafion＝495:500:5。

优选的，每1000μL去离子水、无水乙醇和Nafion的混合溶液中加入4mg B-MnO/CNT。

优选的，苄胺加入量为，20mL浓度为1M的KOH电解液中加入1mmol苄胺。

本发明的有益效果是：以制备的B-MnO/CNT复合电极作为工作电极，将阳极苄胺氧化代替OER反应，实现苄胺的氧化协同阴极析氢，采用本发明的方法，相同电压下，加入苄胺的电流密度明显高于OER反应。在2.0V下，苄胺氧化电流达到71mA cm^-2，是水氧化电流密度的2倍。