[发明专利]一种高效双功能分解水电催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高效双功能分解水电催化剂及其制备方法，涉及电催化分解水技术领域。本发明将醋酸钴、氟化铵、尿素和溶剂混合，得到混合溶液；再将碳布浸入所述混合溶液中进行水热反应，得到表面生长有钴纳米棒前驱体的碳布；然后对所述表面生长有钴纳米棒前驱体的碳布进行电化学转化，得到所述高效双功能分解水电催化剂；所述电化学转化采用三电极体系，以表面生长有钴纳米棒前驱体的碳布作为工作电极、以饱和甘汞电极作为参比电极，以二氧化硒、氯化钾和水的混合溶液作为电解液。本发明制备的电催化剂具有析氢高活性和析氧高活性，稳定性良好，可高效地实现全解水，推动了电催化分解水朝着更大电流密度更低外加电势的实用化方向发展。

技术领域

本发明涉及电催化分解水技术领域，特别涉及一种高效双功能分解水电催化剂及其制备方法。

背景技术

电催化分解水技术作为一种能够获得可再生氢能源的新型能源转化技术受到人们越来越多的关注。水的电解由两个半反应组成：(1)阴极的氢析出反应；(2)阳极的氧析出反应。但是由于电极表面较差的质子氢和分子氧的吸附能的影响，在实际电解水的过程中带来了大量的能量消耗，因此氢析出和氧析出的单一反应都较难进行，所以需要高活性的电催化剂来降低反应中所需的过电势和加速反应动力学过程。

目前，贵金属类催化剂具有良好的电催化分解水活性，例如铂的合金具有良好的氢析出活性，铱/钌的氧化物等具有良好的氧析出活性。但是贵金属的稀缺性阻碍了此类催化剂在实际需求中的应用。近期，许多高效廉价的非金属催化剂被广泛研究，其中大部分析氢催化剂在酸性溶液中具有良好的氢析出活性，在碱性溶液中的氢析出活性一般很差；析氧催化剂在碱性溶液中具有良好的氧析出活性，在酸溶液中稳定性较差。因此，在相同电解液中实现全解水制氢制氧仍然面临着巨大的挑战。

硒化钴是一种典型的过渡金属硫族化合物，在碱性及中性溶液中同时具有良好的催化析氢和析氧的特性，因此受到研究者的巨大关注。然而硒化钴低的活性表面积和差的电子传输性影响了它在高电流下的电催化分解水活性，尤其是传统的水热、溶解热和高温硒化的制备方法很难得到高活性表面积的硒化钴电极材料，也就很难提高硒化钴电极材料的电催化活性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高效双功能分解水电催化剂及其制备方法。本发明制备的电催化剂具有良好的电催化分解水析氢活性和析氧活性，在相同电解液中可高效地实现全解水，推动了电催化分解水朝着更大电流密度更低外加电势的实用化方向发展。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高效双功能分解水电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将醋酸钴、氟化铵、尿素和溶剂混合，得到混合溶液；

(2)将碳布浸入所述混合溶液中进行水热反应，得到表面生长有钴纳米棒前驱体的碳布；

(3)对所述表面生长有钴纳米棒前驱体的碳布进行电化学转化，得到所述高效双功能分解水电催化剂；

所述电化学转化采用三电极体系，以表面生长有钴纳米棒前驱体的碳布作为工作电极、以饱和甘汞电极作为参比电极，以二氧化硒、氯化钾和水的混合溶液作为电解液。

优选地，所述步骤(1)中的溶剂为水和乙醇的混合溶剂；所述混合溶剂中水和乙醇的体积比为2:1。

优选地，所述步骤(1)中醋酸钴、氟化铵、尿素和溶剂的用量比为3～5mmol：7～9mmol：15～25mmol:90～120mL。

优选地，所述步骤(2)中水热反应的温度为80～120℃，时间为8～12h。

优选地，所述步骤(2)中水热反应之后，还包括对所得碳布依次进行的冷却、洗涤和干燥；所述洗涤为依次采用去离子水和乙醇进行超声洗涤；所述干燥的温度为60℃，时间为2h。