[发明专利]核壳型催化剂的制备方法及其该催化剂制备的复合电极

说明书

本申请提出一种核壳型催化剂的制备方法，包括将有机骨架、小分子有机酸、金属前驱体和溶剂同时加入反应容器中，然后向其中加入极性水溶液，充分混合得到均匀的悬浮液；在惰性气氛下对反应容器进行加热，反应后将产物进行过滤洗涤干燥；将干燥后得到的物质在还原气氛下加热还原。制备过程简单，同时制备的核壳型催化剂通过COF外壳对金属颗粒催化剂进行保护，能够有效防止催化剂在酸性条件下反应，影响催化效果，同时COF外壳的多孔结构，能够保障质子有效地从电解液传递到金属颗粒表面，不影响金属颗粒的催化性能，同时将制备的催化剂负载在电极基板的表面，使得制备的电极在酸性条件下具有稳定的催化性能。

技术领域

本申请涉及电极制备技术领域，尤其涉及一种核壳型催化剂的制备方法及其该催化剂制备的复合电极。

背景技术

贵金属HER催化剂在酸性条件下稳定性较差，限制了应用范围；使用过程中容易钝化和脱落，产生团聚，影响析氢催化性能。

采用碳层包覆进行保护是目前常用的一种策略，但是碳层的形成过程往往伴随着高温煅烧，会对颗粒活性产生不利影响；从增加质子传导和增强稳定性，以及界面电荷协同作用几个方面的目的出发对保护层本身进行结构调控尚无普适规律可循。

同时，在现有技术中通过直接在催化剂表面包覆防护材料对催化剂进行防护，提高催化剂的稳定性能，但是由于催化剂表面的包覆作用容易造成催化剂的催化性能降低。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的目的在于提出一种核壳型催化剂的制备方法及其该催化剂制备的复合电极，制备过程简单，同时制备的核壳型催化剂通过COF外壳对金属颗粒催化剂进行保护，能够有效防止催化剂在酸性条件下反应，影响催化效果，同时COF外壳的多孔结构，能够保障质子有效地从电解液传递到金属颗粒表面，不影响金属颗粒的催化性能，同时将制备的催化剂负载在电极基板的表面，使得制备的电极在酸性条件下具有稳定的催化性能。

为达到上述目的，本申请提出的一种核壳型催化剂的制备方法，包括：将有机骨架、小分子有机酸、金属前驱体和溶剂同时加入反应容器中，然后向其中加入极性水溶液，充分混合得到均匀的悬浮液；在惰性气氛下对反应容器进行加热，反应后将产物进行过滤洗涤干燥；将干燥后得到的物质在还原气氛下加热还原，得到核壳型催化剂，该核壳型催化剂的外壳为COF层，内核为纳米金属颗粒，外壳COF层的厚度为10-100nm。

由于金属催化剂在酸性条件下容易进行反应，而造成钝化，进而使得其催化稳定性降低，通过将金属催化剂的金属前驱体加入反应釜中与有机骨架和小分子有机酸同时进行反应，通过原位合成法将COF材料包覆在金属前驱体外部，然后通过加热还原使得包覆在COF材料内部的金属离子还原为纳米金属颗粒，使得制备的产物为外部是COF层，内部是纳米金属颗粒的核壳结构，COF层具有良好的质子传输能力，能够在包覆保护内部金属的同时，使质子有效地从电解液传递到金属颗粒表面，不影响金属颗粒的催化性能，同时纳米金属颗粒表面形成的包覆层可避免颗粒在使用过程中的钝化，提高HER催化效果。并且COF层的多孔结构，可作为金属纳米颗粒的分散剂，避免颗粒在处理和催化过程中的团聚，也有利于良好的气体扩散和电荷转移，改善电催化反应效果。

优选地，所述有机骨架、小分子有机酸和金属前驱体按照摩尔比为0.5-1：1：0.6的比例加入；所述有机骨架、小分子有机酸和金属前驱体的质量与溶剂的体积之比为10-30g：1L；所述极性水溶液和溶剂的体积比为1:4-6。

本申请通过调控有机骨架、小分子有机酸和配体盐的配比，可控制纳米颗粒表面成膜的厚度，进而结合电极实际所处环境，控制COF层的厚度，实现可控的防护作用。

优选地，所述有机骨架为单环芳香基物质、多环芳香基物质、杂环修饰的单环芳香基物质的衍生物、杂环修饰的多环芳香基物质的衍生物、多种基团修饰的单环芳香基物质的衍生物、多种基团修饰的多环芳香基物质的衍生物中的一种。