[发明专利]一种三元铑镍硼析氢电催化剂及其制备方法

说明书

一种三元铑镍硼析氢电催化剂，由如下方法制备：分别配浓度在1～20mM之间的氯铑酸钾和氯化镍溶液以及浓度在0.01～0.1M之间的硼氢化钠溶液；(2)将体积在1～5mL之间的氯铑酸钾溶液和体积在1～5mL之间氯化镍溶液混合快速添加到1～20mL的硼氢化钠溶液中，混合均匀，然后将上述溶液在冰水浴中搅拌5～30分钟，然后在室温下静置0.5～1小时；用水和乙醇溶液交替洗涤，离心，干燥，即得产物；以及提供三元铑镍硼析氢电催化剂的制备方法。本发明制备工艺简单，反应时间短，在常温常压下制得的材料具有优异的电催化析氢性能。

(一)技术领域

本发明涉及一种三元铑镍硼电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电催化析氢反应的研究。

(二)背景技术

氢燃料作为一种清洁能源，可作为传统化石燃料的潜在替代品。在各种制氢技术中，电解水制氢由于其高效、经济、可持续等优点而备受关注。是大规模生产氢的最有效的方法之一。迄今为止，贵金属铂仍然是析氢反应最高效的催化剂。然而，贵金属铂在自然界中丰度较低且价格昂贵，严重限制了其商业化应用。在过去的几十年中，大量的集中在开发高活性具有优异的电催化析氢性能的非铂基催化剂。到目前为止，大多数的材料的电催化析氢性能仍不能与铂相媲美。因此，开发出具有高活性且廉价的电催化析氢的催化剂仍然是一项艰巨的任务。

铑作为带有部分填充的4d电子轨道的元素，在各种非均相催化(例如加氢，产氢，氧化等)中均具有出色的电催化性能，在电催化析氢方面也同样具有优异的性能。铑能使反应物(例如H⁺或H₂O)在反应位点上适度吸附，从而促进中间体的形成，显示出电催化析氢的巨大潜力。提升催化剂活性主要集中于两个方面，即增加活性位点的数量和提高每个位点的固有活性。可控设计的催化剂的结构可能会增加反应的活性位点。在各种结构中，具有三维气凝胶骨架的金属纳米结构具有导电和自支撑的骨架，高暴露的反应位点和简单的传质途径，在催化应用中具有独特的优势。用合适的金属原子和/或杂原子进行掺杂，在原子水平上提高金属催化剂对电催化析氢的固有活性。先前的一些研究表明，将过渡金属引入金属催化剂可以优化氢吸附能，降低动力学能垒并改变电子结构(例如d谱带中心)，并在催化过程中提高催化活性和稳定性。

借助三维海绵结构以及各种元素之间的电子相互作用，提供了大量的反应位点同时修饰了表面电子结构，可以极大地提高电催化析氢性能。同时具有较快的反应动力学和出色的稳定性。因此，通过一步简单的方法制备铑镍硼气凝胶对促进电化学应用有重要的研究意义。

(三)发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种三元铑镍硼电催化剂及其制备方法，以及对其电催化析氢性能进行研究。

本发明采用的技术方案是：

一种三元铑镍硼析氢电催化剂，由如下方法制备：

(1)分别配浓度在1～20mM之间的氯铑酸钾和氯化镍溶液以及浓度在0.01～0.1M之间的硼氢化钠溶液；

(2)将体积在1～5mL之间的氯铑酸钾溶液和体积在1～5mL之间氯化镍溶液混合，然后快速添加到1～20mL的硼氢化钠溶液中，将上述溶液在冰水浴中搅拌5～30分钟，然后在室温下静置0.5～1小时；用水和乙醇溶液交替洗涤，离心，干燥，即得产物。

本发明中，反应条件的选择对制备催化剂具有重要影响，典型的三元铑镍硼析氢电催化剂是通过一种简便的一步湿化学方法制备的。反应过程中，系统中铑、镍前驱体不断地被硼氢化钠还原成铑镍合金，同时硼氢化钠分解产生的硼元素逐渐引入到铑镍合金中，从而形成三元铑镍硼析氢电催化剂。

一种三元铑镍硼析氢电催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)分别配浓度在1～20mM之间的氯铑酸钾和氯化镍溶液以及浓度在0.01～0.1M之间的硼氢化钠溶液；