[发明专利]一种复合催化材料及其制备方法、电极、应用

说明书

本发明涉及材料领域，具体公开了一种复合催化材料及其制备方法、电极、应用，所述复合催化材料是以钴铁双金属有机骨架化合物前驱体为相应的金属源和碳源，并与硒源进行焙烧制得。本发明实施例提供的复合催化材料应用于催化电解水析氧反应中表现出了优异的催化性能与循环稳定性，通过使用钴铁双金属有机骨架化合物为前驱体，双金属组分符合投料比，可精确调控钴铁双金属硒化物中双金属的组分，解决了现有金属硒化物催化材料大多采用水热法、溶剂热法制备，存在无法精确调控金属组分的问题。而且，提供的制备方法简单，通过简单的搅拌、洗涤、烘干、焙烧硒化来实现，可控性强，成本低廉，适合工业化生产，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体是一种复合催化材料及其制备方法、电极、应用。

背景技术

环境和能源作为人类社会可持续发展涉及的主要问题，而随着化石燃料的不断消耗及全球变暖等环境问题的日益加剧，氢气由于具有高化学能密度，比天然气、煤油等化石燃料都强，此外，氢气的燃烧产物只是水，不会在燃烧时向大气中释放有害物质，被认为是目前地球和环境所需的最有希望最环保的燃料。

目前，商业化的制氢技术的能源效率都相对较低，且在制氢过程中与氢气一起产生碳、硫和氮的氧化物等污染性气体，不符合环保要求。电化学分解水是解决上述问题的有效方法，必将成为缓解能源危机，降低碳排放的有效技术之一。然而，电解水产氢阳极半反应相对复杂，生成氧分子过程中涉及一个四电子和四质子的转移过程，这一迟缓的反应动力学限制了电解水制氢的实际应用。因此，寻求发展高效经济的电解水析氧反应催化剂是将这项技术推向实际应用的重要一步。

目前市场上用于电解水阳极的催化材料有很多，其中，双金属硒化物是一类重要的硫属化合物，本身具有良好的导电性和较高的边缘活性位点，能够有效促进电解水过程中质子的快速转移，这对提高电解水性能非常关键，因此在催化电化学分解水中具有巨大应用潜力。尽管如此，金属硒化物作为电解水析氧反应的催化剂，性能仍然不尽如人意。近年来，科研工作者主要采取以下构建策略来提高电解水析氧反应的催化剂的性能：（1）金属离子的掺杂来调变金属活性位的化学状态如电子密度等；（2）减小催化剂的粒径尺寸到纳米尺度，实现具有不同的活性的晶面暴露；（3）与碳、氮、磷等非金属材料复合提高导电性，实现新活性位点的构建等。

但是，现有的金属硒化物催化材料的制备方法仍然十分有限，传统的双金属硒化物的制备方法大多采用水热法、溶剂热方法制备，在反应过程中金属离子的流失不能符合化学计量比，使组分调节不可控，存在无法精确调控金属组分的问题，这制约了金属硒化物电催化剂的发展。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种复合催化材料，以解决上述背景技术中提出的现有金属硒化物催化材料大多采用水热法、溶剂热法制备，存在无法精确调控金属组分的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种复合催化材料，具体是钴铁双金属硒化物与碳复合纳米材料，其主要成分是钴铁双金属硒化物与碳，所述复合催化材料是以钴铁双金属有机骨架化合物前驱体为相应的金属源和碳源，并与硒源进行焙烧制得；其中，所述钴铁双金属有机骨架化合物前驱体的原料包括六水合硝酸钴、九水合硝酸铁、二甲基咪唑、氢氧化钠以及甲醇。

本发明实施例的另一目的在于提供一种复合催化材料的制备方法，所述的复合催化材料的制备方法，包括以下步骤：

按照比例称取钴铁双金属有机骨架化合物前驱体置于容器一端，称取硒源置于容器的另一端，然后共同在惰性气体吹扫氛围下进行焙烧，得到所述复合催化材料；其中，所述焙烧是以4-6℃/min的升温速度升温至500-700℃并保持1-3小时。

本发明通过提供一种简单、快速、低价的方法合成了钴铁双金属硒化物与碳复合纳米材料，作为电解水析氧反应的催化材料，其表现出了较好的析氧反应电催化活性与稳定性，为金属硒化物的合成及其在电解水析氧反应催化中的应用提出了新的思路。