[发明专利]一种金属硼化物电催化剂的改性方法

说明书

本发明属于电化学催化电极技术领域，具体为一种金属硼化物电催化剂的改性方法。本发明使用改性试剂对金属硼化物进行处理以提高其电催化性能。金属硼化物催化剂金属元素选自镍、钴、铁、铈、铜、锰、钒、钨、钼中的一种或几种的复合；改性试剂为含铁、钴、镍、铬等离子的溶液。处理过程中，将金属硼化物浸渍于改性试剂，或将改性试剂喷涂于金属硼化物表面反应一段时间即可完成改性，本方法对不同形貌结构的金属硼化物均有适用性。本发明的方法操作简单、材料适用性广、成本低，处理后金属硼化物电催化剂的析氢及析氧性能可明显提升，该方法在电解水、电催化等领域具有工业实用价值。

技术领域

本发明属于电化学催化电极技术领域，具体涉及一种金属硼化物电催化剂的改性方法。

背景技术

氢能是传统化石燃料的优良替代品，引起了人们的极大兴趣。电解水制氢是一种可以利用太阳能或风能等清洁能源生产绿氢的高效方法。该方法涉及阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。然而，大的过电位增加了电解水制氢的能耗与制氢成本，阻碍了电解水制氢的发展。使用贵金属电催化剂如Pt、RuO₂和 IrO₂可有效降低 HER 和 OER的过电位并加速反应进程。然而，贵金属催化剂的高价格和低储量极大地限制了其大规模应用。因此，开发高效非贵金属催化剂成为了一大研究目标。

过渡金属硼化合物具有良好的电化学催化活性、导电性和机械与化学稳定性等，在电化学催化领域，尤其是在电解制氢催化剂方面具有良好的应用前景。然而，目前过渡金属硼化合物的催化性能与贵金属仍有一定差距。为了提高这类材料的催化活性，陆续出现了多种改进方法。研究发现通过调控过渡金属元素如铁与元素钴，之间的配比可以优化金属硼化物催化活性的方法（ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 7619−7628）。另外，添加非金属元素，如磷进入金属硼化物也能调节其催化活性（Applied Catalysis B:Environmental 259 (2019) 118051）。再者，构建特殊结构的过渡金属硼化物也是提升其电催化性能的有效方法，文献报道（Chem. Commun. 2021,57, 2404）通过浇铸、退火与硼氢化钠后处理的方法制备了硼化镍中空自支撑电极，提升了材料的性能。虽然这些方法能一定程度上提升过渡金属硼化合物的催化活性，但仍旧存在不足的是，提升催化剂催化活性的工艺较为苛刻繁琐，大规模地工业化生产存在一定的困难。

为了解决上述问题，针对过渡金属硼化物催化活性提升，本发明提供了一种条件温和、灵活可控的方法。这种优化方法优势在于广泛适用于各种形貌与组成结构的金属硼化物，同时操作简单、制备周期短。该改性方法可基于两方面作用实现性能的提升，一方面使电催化剂的活性位点密度增加；另一方面改变催化剂的电子结构，进而提高电催化剂的本征催化活性。该方法所获得改性电极可在工业大电流环境高效稳定性工作。因此，这种新型提升金属硼化物的普适性方法对电解水催化剂的发展具有重要的实用价值。

发明内容

本发明目的是提供一种简单、高效提升金属硼化物电催化性能的改性方法。

本发明提供了金属硼化物电催化剂的改性方法，使用改性试剂对金属硼化物进行处理以提高其电催化性能，包括但不限于析氢、析氧活性，稳定性，大电流工作特性。

本发明的改性方法具有广泛的过渡金属硼化物适用范围，催化剂金属元素选自镍、钴、铁、铈、铜、锰、钒、钨、钼中的一种或几种的复合；按质量计，催化剂中过渡金属元素含量60-95 %，其它元素含量5-40 %，总量满足100%；过渡金属硼化物形貌、尺寸不限，可为颗粒、片、或泡沫状。

本发明的金属硼化物电催化剂的改性方法，具体步骤为：

（1）首先，将金属硼化物电催化剂使用水、乙醇或丙酮洗涤，除去表面沾覆的其它物质；