[发明专利]一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法

说明书

一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法，本发明属于催化剂的制备合成与电催化领域，特别是涉及一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法。本发明是为了解决传统电催化剂在高电流密度下催化HER活性不足的问题。本发明用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂以金属离子硝酸盐为起始原料，采用高压静电纺丝方法制备得到。方法：1、高压静电纺丝合成纤维前躯体材料；2、煅烧制备双钙钛矿结构Pr_1‑xLa_xBaCo₂O_5+δ催化剂材料。所得钙钛矿材料可作为双功能催化剂应用于电解水反应。具有合成温度低，反应时间短，纤维比表面积大等特点。高压静电纺丝制备的催化剂具有优异的催化HER活性。

技术领域

本发明属于催化剂的制备合成与电催化领域，特别是涉及一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法。

背景技术

煤、石油、天然气等化石燃料作为主要能源，为我们的生活提供了诸多便利。但随着时间的推移，化石燃料终会有枯竭殆尽的一天。同时，化石燃料的使用不仅造成环境污染，还导致全球变暖等问题。因此，人们致力于寻找清洁能源来代替化石燃料，其中氢能作为一种清洁、高效、可再生的二次能源成为新一代能源中的佼佼者。最有效的氢气产生方式为电解水制备，整个过程其碳排放量为零并且能够高效释放氢能。不仅解决了能源危机，而且对环境保护起到了积极的作用，是目前一种很有前途的制氢方法。其中的氢气析出反应(HER)是电解水的重要半反应，传统的铂碳(Pt/C)材料被认为是氢气析出反应中最高效的催化剂。但贵金属的稀缺性，较差的稳定性以及昂贵的成本成为大规模应用的重要阻碍。因此，迫切需要开发由地球上储量丰富，制备成本低的元素所组成的催化剂材料来实现高效产氢。

在非贵金属催化剂材料的研究中，钙钛矿、尖晶石、过渡金属碳化物、磷化物、硫化物等已被广泛应用，这些催化剂表现了较强的催化HER活性，但其在高电流密度条件下的催化活性不足，无法满足工业上大规模生产的要求。

发明内容

本发明是为了解决传统电催化剂在高电流密度下催化HER活性不足的问题，提供了一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法。

本发明一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂以金属离子硝酸盐为起始原料，采用高压静电纺丝方法制备得到，记为Pr_1-xLa_xBaCo₂O_5+δ催化剂；其中x为0～0.5，δ为0.5～0.7。

本发明用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂的制备方法是按以下步骤进行：

一、按照式子Pr_1-xLa_xBaCo₂O_5+δ催化剂进行原料称取，将原料加入到N,N-二甲基甲酰胺中，室温条件下磁力搅拌至完全溶解，得到金属离子硝酸盐分散液；所述金属离子硝酸盐分散液的浓度为0.3～0.4mol/L；

二、将聚乙烯吡咯烷酮加入到金属离子硝酸盐分散液中，继续磁力搅拌，得到高压静电纺丝所需的前驱体溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮的质量与金属离子硝酸盐分散液的体积比为(1～2)g:(10～15)mL；

三、采用注射器吸取高压静电纺丝所需的前驱体溶液，在注射器前端安装不锈钢针头，将注射器放置在高压静电纺丝设备中，调节高压静电纺丝工作参数，在滚筒接收器上收集纺丝前驱体纤维得到纳米纤维材料；

四、对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得Pr_1-xLa_xBaCo₂O_5+δ双钙钛矿催化剂；其中x为0～0.5，δ为0.5～0.7。

本发明的优点：