[发明专利]一种基于人造金刚石触媒的析氧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种基于人造金刚石触媒的析氧催化剂及其制备方法和应用。该析氧催化剂，包括镍、铁颗粒，以及包覆所述镍、铁颗粒的石墨外壳。本发明的析氧催化剂，有较多的片层结构，比表面积大，催化活性位点多，具有良好的催化活性。由于碳的包覆，抑制了镍铁颗粒的团聚以及碱性溶液的侵蚀，表现出优异的循环稳定性。此外，本发明的析氧催化剂，生产成本低，适于工业化生产。本发明还提供了上述析氧催化剂的制备方法和应用。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种基于人造金刚石触媒的析氧催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着化石燃料的枯竭和实现“双碳”目标，人类迫切需要一种清洁能源来代替传统的化石燃料。氢能由于具有高能量密度和无碳特性，被认为是最有前途的能源，电解水是生产高纯度氢气最有前景的技术之一，有望解决能源和环境问题。

水分解反应由阳极析氧反应和阴极析氢反应构成。与析氢反应相比，析氧反应中所涉及的多电子转移路径导致其动力学反应缓慢，阻碍了电解水的大规模应用。为了降低过电位，提高反应速率，开发绿色高效的析氧电催化剂是解决这一问题的关键。目前，过渡金属(Fe、Co、Ni、Cu、Mn等)合金以及化合物在电催化析氧反应中表现出了巨大潜力，引起了人们极大的关注。然而它们的导电性和催化剂本征活性不是很理想。碳材料具有优异的导电性，因此将过渡金属合金或化合物与碳材料进行复合为提高析氧反应性能的提高提供了可能。但是，现有催化剂的制备方法大多基于化学试剂，成本高、产量低，难以规模化生产。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种基于人造金刚石触媒的析氧催化剂，该析氧催化剂成本低，实现了人造金刚石触媒的废物利用。

本发明还提供了上述析氧催化剂的制备方法。

本发明还提供了上述析氧催化剂的应用。

本发明的第一方面提供了一种基于人造金刚石触媒的析氧催化剂，包括镍、铁颗粒，以及包覆所述镍、铁颗粒的石墨外壳。

本发明关于基于人造金刚石触媒的析氧催化剂的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明的析氧催化剂，具有较多的片层结构，比表面积大，催化活性位点多，具有良好的催化活性。

本发明的析氧催化剂，由于碳的包覆，抑制了镍铁颗粒的团聚以及碱性溶液的侵蚀，表现出优异的循环稳定性。

本发明的析氧催化剂，生产成本低，适于工业化生产。

根据本发明的一些实施方式，所述析氧催化剂的比表面积范围是60m²/～110m²/g。

本发明的第二方面提供了制备上述析氧催化剂的方法，包括以下步骤：

S1：将废旧人造金刚石镍铁触媒与溶剂混合后进行球磨，将球磨产物磁分离，得到镍铁触媒和金刚石；

S2：将所述镍铁触媒与所述溶剂混合后，固液分离，将溶液蒸干，即得所述的析氧催化剂。

本发明关于析氧催化剂的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

人造金刚石触媒含有大量镍、锰等重金属，简单堆存废旧人造金刚石镍铁触媒不仅会造成极大的环境污染，而且造成了资源的浪费。本发明用废旧人造金刚石镍铁触媒作为析氧催化剂的制备原料，是一种绿色高值化的利用方法，不仅可以清洁高效地资源化利用金刚石镍铁触媒，而且可以实现催化剂的低成本制备，促进电解水制氢的规模化应用。

金刚石分离提纯过程中也会产生大量的镍铁触媒，目前的回收利用方法存在处理过程复杂，成本高，以及造成环境污染等问题，本发明用废旧人造金刚石镍铁触媒作为析氧催化剂的制备原料，使上述问题得到了妥善解决。