[发明专利]一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法

说明书

本发明公开一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法，按照如下的步骤顺序依次进行：（1）剪裁好的废弃铜箔依次经过3M盐酸，分别以乙二醇和丙酮进行超声30min，处理好的废弃铜箔浸泡在氯化锌溶液中备用，记为A；（2）向A加入硫酸钠溶液，至溶液PH值为5为止，得B；（3）向B中加入三氯化铁溶液5‑10mL，得C；（4）以铜箔为工作电极，铂网为辅助电极，以C为电解液，构成电化学双电极体系，通电进行电化学沉积反应，在所述的铜箔上快速高效电沉积；（5）将上述自支撑电极依次经过无水乙醇和去离子水洗涤3‑6次，真空干燥后，即获得了高活性Cu‑Fe‑Zn三元析氧催化剂。本发明方法简单，过程可控，制备周期短，可实现快速制备析氧催化剂，制备的催化剂性能稳定，催化活性高，具有规则纳米块状形貌。

技术领域

本发明属于废弃资源利用以及催化化学领域，涉及一种应用于电解水析氧催化剂的制备方法，具体涉及一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法。

背景技术

随着化石燃料消耗殆尽，能源危机日益严重，人们也更加重视对可再生能源的发展。从上世纪70年代初以来，氢气就一直被看做理想能源，氢气在已知燃料中能量密度最高，并且还是二氧化碳零排放的清洁能源。氢的生产方法也多种多样，比如生物制氢法、催化热分解法、太阳能制氢技术、化石燃料制氢技术、天然气重整制氢技术、电解水制氢等，其中电解水制氢技术又因其操作简便、产物纯度优异、技术成熟等特点被认为是最合适和最便于推广的制氢工艺。但是，电解水的析氧半反应是一个动力学缓慢反应，是限制水分解效率的主要因素。因此，高效的OER电催化剂对于显著降低过电位并提升水分解的效率十分必要。一些贵金属的氧化物，如 RuO₂、IrO₂，是目前主要用到的高效OER催化剂，但其高成本、稀缺性和不够出色的稳定性则阻碍了大规模应用和商业化发展。基于此背景，发展和设计成本低廉、性能优越的非贵金属OER电催化剂是实现能量高效转换的关键，也成为科学家们研究的热点。

随着城市发展和低碳经济的加快，新能源汽车也逐渐增加，而锂离子动力电池作为电动汽车的动力来源被广泛的应用，随着国内第一批锂离子电池的退役期的来临，大量的锂离子电池面临回收和二次利用的问题。锂离子电池负极材料的集流体是涂覆在铜箔上的，铜箔不仅是电池的关键元件，也是支撑电池结构的主要组成部分。这些废弃电池如若粗放弃之不仅严重破坏了环境卫生、占用大量土地资源且造成颇多隐患，还会造成资源的严重浪费，因此，对动力电池废弃铜箔进行回收再利用具有十分重要的意义。目前，利用废弃铜箔进行回收再利用以制备具有高活性和稳定性的阳极析氧电催化剂未见报道。

发明内容

为了克服以上现有技术领域的不足，本发明提供了一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法，采用废弃铜箔为原料，室温下通过电化学沉积方法在1分钟之内可以制备出三金属高效催化剂，在合成过程中通过三氯化铁的加入，使在电沉积的过程中三价铁和铜箔发生氧化还原反应来加快反应速率，快速高效的制备出形貌规则的纳米颗粒，整个生产过程简单，过程易于控制，周期短，成本低，适用于大规模生产。

本发明提供的技术方案如下：

一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法，按照如下的步骤顺序依次进行：

（1）剪裁好的废弃铜箔依次经过3M盐酸，分别用乙二醇和丙酮进行超声30min，处理好的废弃铜箔浸泡在氯化锌溶液中备用，记为A；

在本步骤中先用乙二醇进行超声，以达到清洗铜箔上残留的杂质，如石墨、有机粘结剂PVDF等，防止后期电沉积过程中带入杂质而影响产物形成，然后再用丙酮进行超声，以达到清洗上述洗涤过程中残留的乙二醇；在该过程中，先用乙二醇后用丙酮可避免清洗试剂中带入羟基影响后续的电沉积过程，因本发明的电沉积溶液体系为酸性体系，在酸性体系下羟基会影响金属离子的含量，不仅造成金属源含量的下降，同时还会在催化剂中带入杂质，影响催化剂制备过程中形核的形成，最终影响其形貌及催化性能；

（2）向A加入硫酸钠溶液，至溶液pH值为5为止，得B；