[发明专利]一种复合材料及其在尿素氧化协助酸-碱电解池电解水制氢装置中的应用

权利要求书

1.一种复合材料，其特征在于，包括纳米氯化亚铜颗粒和还原氧化石墨烯，纳米氯化亚铜颗粒负载在还原氧化石墨烯中；

所述纳米氯化亚铜颗粒的粒径小于20nm。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，制备方法至少包括以下步骤：

a)向含有CuCl₂、氧化石墨烯和水的混合物中加入氨水和水合肼，得到初始混合物；

b)将所得初始混合物置于90～100℃温度下保持不少于0.5小时，分离所得固相经冷冻干燥后得到前驱体I；

c)将前驱体I置于惰性气氛中于250℃～350℃温度下保持不少于6小时，即得所述复合材料。

3.一种尿素氧化协助酸-碱电解池电解水制氢的装置，其特征在于，包括阳极电极片、阴极电极片、双极性膜、阳极室电解液和阴极室电解液；

其中，所述阳极电极片包括阳极催化剂，所述阳极催化剂为负载纳米氯化亚铜颗粒的还原氧化石墨烯复合材料；

所述阳极室电解液为含有尿素的碱性溶液，所述含有尿素的碱性溶液中尿素的浓度为0.1～1.0M；所述阴极室电解液为酸性溶液。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述负载纳米氯化亚铜颗粒的还原氧化石墨烯复合材料选自权利要求1至2所述的复合材料中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阳极室电解液为含尿素的KOH溶液；

优选地，所述阳极室电解液的pH为13.0～14.5；

进一步优选地，所述阳极室电解液中含尿素的KOH溶液中尿素的浓度为0.5M，所述阳极室电解液的pH为14.3。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阴极室电解液为pH＝0～1.0的H₂SO₄溶液；

优选地，所述阴极室电解液为pH＝0的H₂SO₄溶液。

7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述阳极电极片为涂布了阳极催化剂的亲水碳布；所述阴极电极片为涂布了铂碳的亲水碳布；所述亲水碳布的电阻小于10Ω；

优选地，所述阳极电极片上阳极催化剂的负载面积占所述亲水碳布面积的10％～100％；所述阴极电极片上铂碳的负载面积占所述亲水碳布面积的10％～100％；

进一步优选地，所述阳极电极片上阳极催化剂的负载面积占所述亲水碳布面积的50％～60％；所述阴极电极片上铂碳的负载面积占所述亲水碳布面积的50％～60％。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述阳极电极片中阳极催化剂的涂布尺寸为1cm×0.5～2cm；

优选地，所述阳极电极片中亲水碳布的尺寸为1cm×1cm；

优选地，所述阳极电极片中阳极催化剂的涂布尺寸为1cm×1cm；

优选地，所述阳极电极片中阳极催化剂的涂布量为1.5～2.5mg；

进一步优选地，所述阳极电极片中阳极催化剂的涂布量为2mg。

9.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述双极性膜选自阴离子交换膜和阳离子交换膜；

所述阳离子交换膜与阳极室接触，所述阴离子交换膜与阴极室接触。

10.权利要求3至9中任意一项所述尿素氧化协助酸-碱电解池电解水制氢的装置在电解水制氢气、二氧化碳还原、一氧化碳还原、氮气还原中的应用。