[发明专利]三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用,将导电基底置于水热反应前驱体溶液中进行水热反应，得到NiMoO₄纳米阵列基底；将NiMoO₄纳米阵列基底浸泡于含Fe³⁺离子的溶液中然后晾干；将浸泡后的NiMoO₄纳米阵列基底进行高温还原反应，得到三元铁镍钼基复合材料催化剂Fe/MoNi₄/MoO₂。在碱性环境中表现出非常优异的电催化活性和稳定性。纳米结构极大的暴露材料的电化学活性位点，加快氢离子吸附和氢原子脱附，增加水解过程中的能量转化效率。同时，铁元素的修饰改善了MoNi₄/MoO₂材料的析氧反应催化活性和稳定性，有效的降低析氧反应的过电位，从而降低电解水工艺的成本。

技术领域

本发明属于电解水制氢与新能源技术领域，具体涉及一种三元铁镍钼基复合材料双功能电解水催化剂、其制备方法和在电解水制氢领域的应用。

背景技术

当前全球环境和能源问题备受人们的关注。氢能因为其清洁环保、易于储存、可再生性被认为是最有前景的清洁能源。甲烷重整法，水煤气法和电解水法是工业上主要应用的氢气制备方法。遵循清洁环保可持续的理念，电解水法制取氢气无疑是最理想的途径。

根据电解质的不同，电解水技术可以分为酸性电解水和碱性电解水。相比于碱性电解水，酸性电解水的反应速率要高2到3个数量级，副产物少，更受工业生产的青睐。但是酸性环境下电解所必须的质子交换膜不仅价格昂贵，而且会产生高酸性环境，需要大量使用如铂、铱等贵金属材料作为催化剂，大大增加生产的成本。当前对于碱性电解水制氢工艺的研究已经非常透彻，传统的碱性电解技术使用氢氧化钾溶液作为电解质，通过多孔膜输送氢氧根离子，将两个半电池进行分离可以有效的提高水分解的速率，减少副产物。因为碱性电解的不同化学环境，可以使用镍、钴、铁等过渡金属材料代替昂贵的铂系催化剂，有效降低了生产成本。金属镍资源丰富，商用泡沫镍作为水解的催化剂可以有效的减少成本，但是其催化性能远远低于贵金属，尤其是作为阳极催化剂参与析氧反应时，会产生很大的过电位从而降低水分解时的能量转换率，这也是制约碱水分解制氢技术发展的主要瓶颈。

镍原子是优秀的水裂解中心，钼原子对氢具有良好的吸附能力，镍钼金属材料的析氢性能普遍非常优异，但是其作为析氧催化剂的性能并不理想，导致整体水解反应的过电位过高。大量的研究表明通过形貌调控、制造缺陷、优化电子结构等化学方法能够有效的改善材料的电化学活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用，以降低碱性环境下的过电位，提高催化活性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂的制备方法，包括下述的步骤：

将导电基底置于水热反应前驱体溶液中进行水热反应，得到NiMoO₄纳米阵列基底；

将NiMoO₄纳米阵列基底浸泡于含Fe³⁺离子的溶液中然后晾干；

将浸泡后的NiMoO₄纳米阵列基底进行高温还原反应，得到三元铁镍钼基复合材料催化剂Fe/MoNi₄/MoO₂。

进一步的，所述导电基底为泡沫镍或多孔导电材料。

进一步的，所述水热反应前驱体溶液含Ni²⁺和Mo₇O₂₄^6-。

进一步的，所述水热反应温度为120～180℃，时间为4～8小时。