[发明专利]一种双模板诱导高活性Co/SiO2

说明书

本发明公开了一种双模板诱导高活性Co/SiO₂/NC‑CNTs电催化析氧材料的制备方法，以碱式碳酸锌和正硅酸乙酯衍生的二氧化硅(SiO₂)纳米球为模板，采用简单的物理研磨混合法和高温热解法将高度分散的钴(Co)纳米颗粒包裹在氮掺杂的石墨化碳(NC)和碳纳米管(CNTs)中，形成导电性高和结构稳定的三维多孔异质结构，可高效用于OER反应。此外，还公开了利用上述双模板诱导高活性Co/SiO₂/NC‑CNTs电催化析氧材料的制备方法制得的产品。本发明不仅拓展了高效电催化水解材料的种类，开发出具有优异性能的析氧催化材料新品种，而且能够实现模板选择性、活性位点高度分散、多孔结构结构稳定的OER催化剂制备，有效克服了现有技术非贵金属材料析氧电位高以及结构易破损等问题。

技术领域

本发明涉及电催化水分解制氢制氧技术领域，尤其涉及一种Co/SiO₂/NC-CNTs电催化析氧材料的制备方法及其制得的产品。

背景技术

随着社会的不断发展，对能源的需求越来越大，而目前大部分能源是来源于化石能源(煤炭、石油、天然气)。但是，随着化石能源的不断消耗，也带来了两个方面的问题：(1)能源危机；(2)环境污染。因此，发展一种清洁可再生能源迫在眉睫，氢能因为其“能量密度高、无碳足迹、效率高、来源广、可再生”的特点，被认为是未来最具有发展前景的能源。其中，电化学水解制氢因产物纯度高、效率高和操作简单而备受关注。电化学水解制氢主要有阳极的析氧反应(OER,4OH^–(aq)→O₂(g)+2H₂O(l)+4e^–)和阴极的析氢反应(HER,H₂O+e^–+H*＝H₂+OH^–)两个半反应构成。然而，电催化水解制氢的阳极端氧气析出(OER)反应是四电子过程，导致过高的电位以及缓慢的动力学过程，使得电解水制氢受到了极大的阻碍。因此，如何在电解水制氢生产中实现低成本、媲美贵金属的活性，循环稳定性优异的阳极OER催化剂材料极具挑战，也是电催化制氢领域的技术难题之一。

设计性能优异的阳极OER催化剂要关注三个方面:(1)较高的导电性；(2)丰富的活性位点；(3)良好的结构配置。目前，应用于阳极OER的催化剂大多数是贵金属材料(如RuO₂、IrO₂)，由于其稀少且价格高昂，故在大规模的开发和应用上受到了阻碍。因此，迫切的需要开发一种成本低廉、可大规模使用、性能优越的非贵金属OER电催化剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双模板诱导高活性Co/SiO₂/NC-CNTs电催化析氧材料的制备方法，通过简单的物理研磨混合法和高温热解工艺，在碱式碳酸锌和SiO₂纳米球双模板诱导作用下将高度分散的钴(Co)纳米颗粒包裹在氮掺杂的石墨化碳(NC)和碳纳米管(CNTs)中，形成导电性高和结构稳定的三维多孔异质结构，应用于电催化OER过程，以很好地满足新型电催化析氧材料的要求。本发明的另一目的在于提供利用上述双模板诱导高活性Co/SiO₂/NC-CNTs电催化析氧材料的制备方法制得的产品。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种双模板诱导高活性Co/SiO₂/NC-CNTs电催化析氧材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)SiO₂纳米球的制备

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料、水和乙醇为溶剂、浓氨水为引发及形貌调控剂，搅拌反应2～4h后，经过离心收集、洗涤、干燥后，即制得SiO₂纳米球；

(2)Co/SiO₂/NC-CNTs前驱体的制备