[发明专利]一种析氧反应高效催化剂Ni/Fe/Cr基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Ni/Fe/Cr三种金属元素的催化剂的制备方法，该方法包括：1)将泡沫铁镍清洗，干燥备用；2)将铬盐和硫脲溶解在去离子水中并搅拌以获得澄清溶液；3)将步骤1)中经过清洁的泡沫铁镍浸入步骤2)中得到的澄清溶液中，并在140至180℃下水热反应2至6小时，然后清洗并干燥，得到所述基于Ni/Fe/Cr三种金属元素的催化剂。该制备方法简单高效，原料廉价，适合大规模工业化生产。同时制备的催化剂具有良好的催化性能。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体而言，涉及一种用于电解水制氢反应中的Ni/Fe/Cr基复合材料的制备方法。

背景技术

化石燃料的快速枯竭和带来的严重环境污染，使得寻找可再生替代能源变的至关重要。作为一种清洁可再生、高能量密度能源，氢被认为是最有希望的化石燃料替代品。在众多制氢方法中，电化学水裂解法，是一种很有潜力的方法，因为它能源消耗较低，环境友好，纯度高，更重要的是，它容易与潮汐、电力、风能和太阳能等可再生能源相结合。电解水制氢的过程包括两个半反应，即析氧反应(OER)与析氢反应(HER)，然而，该方法的实际应用受到其缓慢反应动力学的影响，导致出现高的过电位和低的能量效率，特别是对于析氧反应，因为涉及到四个质子耦合电子的转移过程，所以需要更高的过电位，由此成为了电解水的瓶颈步骤。开发出高效廉价的析氧反应催化剂是目前电解水工业化发展的关键，RuO₂和IrO₂是公认的性能最好的析氧反应催化剂，但是它们价格昂贵、储量稀少，不适合大规模工业化生产，因此需要开发出催化性能优良，价格低廉、稳定性好的新型催化材料。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明开发了一种基于Ni/Fe/Cr三种金属元素的催化剂的制备方法，该催化剂中的活性金属元素在地壳中储量丰富，价格低廉，是制作催化材料的理想元素，同时根据本发明的制备方法简单，易于大规模工业化应用。

根据本发明的一个方面，本发明的一个目的在于提供一种基于Ni/Fe/Cr三种金属元素的催化剂的制备方法，所述制备方法采用一步水热法，包括以下步骤：

1)将泡沫铁镍依次用无水乙醇与丙酮的混合溶液、盐酸溶液超声波清洗15分钟，接着用去离子水冲洗几次，干燥备用；

2)将铬盐和硫脲溶解在去离子水中并搅拌以获得澄清溶液；

3)将步骤1)中经过清洁的泡沫铁镍浸入步骤2)中得到的澄清溶液中，并转移到含聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，并在140至180℃下反应2至6小时，然后待其自然冷却至室温后，取出所得复合材料，并用去离子水轻轻冲洗几次并干燥，得到所述基于Ni/Fe/Cr三种金属元素的催化剂。

优选地，步骤1)中所述泡沫铁镍中的Ni:Fe质量比为10:90至50:50，更优选为20:80至40:60，最优选为30:70。

优选地，步骤1)中所述无水乙醇与丙酮的混合溶液中无水乙醇与丙酮的体积比为1:1。

优选地，步骤1)中所述盐酸溶液的浓度为0.5mol/L至1.2mol/L，更优选为1.0mol/L。

优选地，步骤2)中所述铬盐选自硫酸铬、硝酸铬、盐酸铬等，优选为九水合硝酸铬或六水合硝酸铬。

优选地，步骤2)中所述铬盐浓度为0.02mol/L至0.08mol/L，更优选为0.05mol/L。

优选地，步骤2)中所述铬盐的摩尔量与步骤1)中所述泡沫铁镍中Ni和Fe的总摩尔量之比为1.17:1至1.02:1，优选为1.15:1至1.04:1，更优选为1.09:1。

优选地，步骤2)中所述硫脲与所述铬盐的摩尔比为1.5:1至0.7:1，优选为1.2:1至0.8:1，更优选为1:1。

优选地，步骤2)中所述干燥为在真空干燥箱中60℃下干燥2h。