[发明专利]一种电催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电催化材料及其制备方法。所述方法为：以金属片为基底，将基底浸没于金属溶液中，开启激光对基底进行刻蚀，刻蚀完毕得到电催化材料。利用本发明可以制备得到电催化合成氨的电催化材料：贵金属‑混相二氧化钛多级电催化材料；制备还可得到电催化产氢的多功能一体化电催化材料。发明制备的贵金属‑混相二氧化钛多级电催化合成氨材料可通过激光微加工工艺一步法实现气液固三相反应界面的优化和优势活性组分的锚定负载，且用于电催化合成氨中效果显著。本发明制备得到的多功能一体化电催化材料同时具有溶液流通、气体扩散、汇集电流的能力和优异且稳定的电催化产氢活性。

技术领域

本发明涉及电催化材料技术领域，具体涉及一种电催化材料及其制备方法。

背景技术

作为最重要的化工产品之一，氨(NH₃)在国民经济发展中占有着不可或缺的地位。Haber-Bosch合成氨法的诞生使得人类成功实现了“向空气要面包”。但是，Haber-Bosch工艺反应条件苛刻，能耗巨大，且制备原料氢气过程中释放大量二氧化碳造成环境污染。因此，科研工作者一直致力于尝试对合成氨催化技术工艺进行革新，以尝试降低合成氨反应的温度和压力并提高合成氨的转化效率。基于合成氨的本质：只要有合适的质子源和电子供体即可实现氨合成，电催化固氮合成氨技术应运而生。该技术具有反应条件温和、能耗低、环境友好等优势。然而仍然有诸多不足，如氨产率较低，法拉第效率不高，催化材料稳定性不佳等。

氢气作为一种可再生能源，具有清洁无污染的优势，被认为是最有潜力的化石燃料的候选能源之一。电解水产氢技术具有清洁无污染、制备氢气纯度高和高效等优势，将多余的电能转化成氢能。通过使用高活性的电催化剂进一步降低电解水产氢的电力成本是电解水制氢大规模应用的关键。另外，电解水制氢装置是由阴极导电集流体、阴极催化剂、质子交换膜、阳极催化剂、阳极导电集流体等组成。阴极导电集流体和阳极导电集流体起到导电和汇集电流的作用，其中的凹槽通道和孔结构用于水和气体的流通。阴极催化剂和阳极催化剂通常是使用粘结剂涂布在质子交换膜两侧，但是这种负载方式的材料在长时间测试后容易发生催化剂脱落。其次，导电集流体和电催化剂是由两部分组成，增加了电解槽元件的复杂性。

所以需要一种简单低耗能的制备方法制备电催化材料，使其能够用于电催化合成氨或电催化产氢中。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种电催化材料及其制备方法。本发明制备的贵金属-混相二氧化钛多级电催化合成氨材料可通过激光微加工工艺一步法实现气液固三相反应界面的优化和优势活性组分的锚定负载，且用于电催化合成氨中效果显著。本发明还可制备得到一种多功能一体化电催化材料，该材料同时具有溶液流通、气体扩散、汇集电流的能力和优异且稳定的电催化产氢活性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种电催化材料的制备方法，所述方法为：以金属片为基底，将基底浸没于金属溶液中，开启激光对基底进行轰击，轰击完毕得到电催化材料。

优选的，所述基底为钛，厚度为0.02～2mm；所述金属溶液为贵金属溶液。

更为优选的，所述贵金属溶液为氯金酸溶液、氯铂酸溶液、氯化铑溶液、氯化钌溶液或氯化钯溶液；所述贵金属溶液的溶液浓度为1～20mM。

氯金酸溶液、氯铂酸溶液、氯化铑溶液、氯化钌溶液或氯化钯溶液均是以水为溶剂配制得到的。

优选的，所述激光的脉冲频率为5～20kHz，波长为1064nm，能量为2～20W，扫速为20～1000mm/s。

优选的，基底浸没于金属溶液前，对基底进行预处理，所述预处理为采用激光对基底进行刻蚀，在基底上形成凹槽通道和孔结构。

优选的，所述激光刻蚀的功率为10～20W。