[发明专利]一种基于镍基底原位刻蚀生长的复合纳米结构催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及复合纳米结构催化剂的制备方法，特别涉及一种基于镍基底原位刻蚀生长的复合纳米结构催化剂的制备方法及其在电解海水中的应用。首先将清洗后的镍基底、金属盐A和硫酸盐加入溶剂中，然后通过溶剂热反应得到初级样品；将初级产品置于另一种金属盐B溶液中反应一段时间，即得复合纳米结构催化剂。本发明原位刻蚀生长的复合纳米结构催化剂在电解海水方面展现出良好的催化活性和杰出的稳定性，为电解海水制氢和制氧技术的发展和规模化应用奠定基础。

技术领域

本发明涉及复合纳米结构催化剂的制备方法，特别涉及一种基于镍基底原位刻蚀生长的复合纳米结构催化剂的制备方法及其在电解海水中的应用。

背景技术

随着社会能源需求的不断增长和人们环保意识的不断增强，急需开发新型环保能源。氢气是典型的环保能源之一，它具有能量密度高和清洁无污染等优点，因此受到研究者的广泛关注。利用可再生能源(如风能、太阳能等)产生的电力进行电解水制氢不但能获得高纯度的氢气，而且制备过程环境友好、可循环再生。但是电解水的反应能垒较高，需催化剂降低析氢和析氧反应过程中过电势以提高电解水的能量转换效率。目前，工业化使用的电解水催化剂主要是基于价格高昂的贵金属(铂和铱)，开发低成本、高能效的析氢和析氧催化剂是电解水技术规模化应用的关键。

我国淡水资源危机问题日趋严重，将分布最广泛、储量最丰富的海水(占地球水储量97％以上)用于电解水是发展的必然趋势。但海水成分复杂，含多种阴阳离子(如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、Br^-和HCO₃^-等)，使催化剂的性能面临严峻挑战。其中Cl^-的氧化反应(ClOR，Cl^-+2OH^-→ClO^-+H₂O+2e^-，pH7.5)与OH^-的氧化反应(OER，4OH^-→2H₂O+O₂+4e^-)存在竞争关系，它们平衡电势的差值约为E_ClOR⁰-E_OER⁰＝490毫伏。这要求在电解海水的过程中析氧的过电势应不高于490毫伏，对催化剂的活性提出了更高的要求(Adv.Funct.Mater.,2021,31(27),2101820；Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2019,116(14),6624-6629)。另外，海水中的大量Cl^-在高电势下对催化剂的腐蚀极大地影响其稳定性。除上述因素外，在工业化需求的大电流密度下，催化剂的稳定性面临巨大挑战。其原因是目前制备铁、钴和镍的氢氧化物、磷化物和硫化物的方法主要是通过引入氢氧根离子或碱性沉淀剂，该负载型催化剂在大电流密度下会被产生的大量气泡破坏，降低了催化剂的稳定性。因此，开发高催化活性和高稳定性的催化剂是电解海水领域面临的核心问题，其中提高催化剂与基底的作用力和抗氯离子腐蚀仍是目前的难点。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和难点，提供一种基于镍基底原位刻蚀生长的复合纳米结构催化剂的制备方法及其在电解海水中的应用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于镍基底原位刻蚀生长的复合纳米结构催化剂的制备方法，将镍基底、金属盐A和硫酸盐加入溶剂中进行溶剂热反应，获得羟基硫酸镍；将所得羟基硫酸镍样品中加入金属盐B₁溶剂，使其在样品表面原位刻蚀生长反应，获得复合纳米结构催化剂；