[发明专利]一种多功能电解水用海绵体催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能电解水用海绵体催化剂的制备方法，属于电催化裂解水技术领域，包括以下步骤：(1)镉基MOF的制备：利用有机配体与镉金属离子间的金属‑配体配位作用，自组装形成的超分子网络结构；(2)导电聚合物溶液的配制：采用PANI‑DBSA、聚丙烯腈与油性ATO溶液进行共混得到导电聚合物溶液；(3)溶吹包被镉基MOF：将导电聚合物溶液挤压溶吹成纺丝后与纳米镉基MOF粉末进行充分混合；(4)海绵体催化剂的制备：加热除去填充在三维催化剂初体的多余溶剂；总之，本发明制备的海绵体催化剂具有活性电位多、导电性能优良、催化效率高、储氢效果好的优点。

技术领域

本发明属于电催化裂解水技术领域，具体涉及一种多功能电解水用海绵体催化剂的制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展和科技的不断进步，能源和环境在社会发展中具有非常重要的作用。在过去50年中，大量研究者致力于研究、开发高效、经济、可再生可持续的能源。为实现可持续发展目标，寻找和开发绿色能源和高效能源设备迫在眉睫。值得注意的是，氢能被认为是最为清洁的、高效的能源，获得氢能可以通过自然空气的分离、化石能源的裂解分离或部分氧化、光催化分解、生物质发酵转化、电解水；其中，电催化水解制氢和制氧引起了全球科学家们的广泛关注，而且电解水被认为是最具前景的生产氢能的方法之一

电解水是应用电能把液态水分解为氧气(O₂)和氢气(H₂)的现象。由于电解水的半反应(析氧半反应)需要较大的过电位才能发生，大大增加了制氢的能耗，因此，开发高效催化析氧反应的催化剂对于制氢技术的提高十分必要，同时在氢能源、氯碱工业和太阳能的使用方面都非常有意义。

氢的高效、安全储存和运输也是氢能源利用的主要瓶颈之一。现存储氢方法大致分为5种，即液态储氢、高压储氢、有机化合物储氢、金属化合物储氢和吸附储氢，存在明显的缺陷：需要有一个庞大的氢气基础设施，成本高、经济性差等问题，离实现商业化应用还有很大的距离。而且氢气大规模制备、输送及加注等配套基础，建设成本大、周期长。现有制氢工艺与储氢技术多为高排放、低能效的过程，原子经济性差，不具有可持续性，并且随着能源领域对氢气需求的加剧，来源的可持续性与储运的高效、灵活性等问题逐日显现，成为阻碍氢能体系构筑与完善的关键因素。

发明内容

针对现有技术中制备的电解水催化剂导电性能低、比表面积小、活性电位少、不能兼具储氢的功能，以及因抗疲劳性差而导致的重复利用率低的技术问题，本发明提供一种多功能电解水用海绵体催化剂的制备方法。

本发明的技术方案为：一种多功能电解水用海绵体催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)镉基MOF的制备：将二水乙酸镉、有机配体、氮源以质量比为2:2:1混合并进行研磨均匀，得到固体混合物；将四氢呋喃、乙醇、去离子水以体积比为4:1:3混合均匀，得到混合溶剂；将所述固体混合物与所述混合溶剂以固液比以1:2-4混合，并利用超声处理1-1.5h，得到混合溶液；将所述混合溶液转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，以10℃/min的升温速率升温至140-150℃，并恒温反应15-20h，得到反应物，将所述反应物冷却至室温，经离心过滤，取下层结晶体，将所述结晶体利用浓度为20％-80％的甲醇淋洗1-3次，最后在真空干燥箱中干燥得到镉基MOF；利用有机配体与镉金属离子间的金属-配体配位作用，自组装形成的超分子网络结构，导电性相较于镍基MOF和铬基MOF分别提高了50-60倍和200-300倍，利于电解水的催化分解，提高产氢率，此外，镉基MOF超分子网络结构还可对产生的氢气进行存储。

(2)导电聚合物溶液的配制：取一定质量的PANI-DBSA溶解于二甲基亚砜溶剂里，在75-80℃下搅拌至完全溶解，然后再加入聚丙烯腈，常温下搅拌1-2h后，再加入ATO溶液，充分搅拌10-12h，得到共混溶液，将所述共混溶液经减压过滤、真空脱泡，得到导电聚合物溶液，其中，PANI-DBSA、二甲基亚砜、聚丙烯腈、ATO溶液的质量比为10:18:10:5；