[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及能源催化技术领域，提供了一种复合催化剂。本申请提供的复合催化剂，包括泡沫金属和接枝在泡沫金属表面的卡宾配体。本申请以泡沫金属为基底，可以提高催化剂的比表面积，更有利于电子的传递；接枝在泡沫金属表面的卡宾配体，不仅可以有效提高泡沫金属基底表面的活性反应位点，还更有利于C‑H键的断裂，从而提高复合催化剂在水分解析氢反应过程中的电子传输能力，赋予复合催化剂较高的析氢速率，实现在低电位下有机物氧化与析氢反应的结合，使得阴阳两极同时产氢，从而有效提高电解水制氢的安全指数，还可以在阳极得到附加值较高的副产品。

技术领域

本申请属于能源催化技术领域，尤其涉及一种复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球人口的不断增长，导致人类对化石能源的消耗也在不断增长，但是全球化石能源的储量不断下降且化石能源的大量消耗导致了严重的环境污染，人们亟需找到新的可替代能源来解决这一困境。氢能源具有能量密度高，燃烧产物清洁，回收利用率高等诸多优点，成为最具有应用前景的新能源之一。目前，电催化制氢是氢气的主要生产方式之一，电解水制氢则是主流的电催化制氢方式。电解水制氢过程中存在阴极的氢析出反应和阳极的氧析出反应，然而，氧析出反应过程中电子转移过程复杂且反应动力学缓慢，使得电解水制氢过程仍需大量能源消耗。此外，在电解水过程中氢气和氧气的同时产生还存在着气体交联从而引发爆炸的安全性问题，并且氧气作为产物的附加值较低。基于此，亟需寻找一种安全高效、能耗较低、产物附加值较高的新型电解水制氢的方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种复合催化剂及其制备方法，旨在解决电解水制氢能耗较高、产物附加值不理想的问题。

本申请的另一目的在于提供一种复合催化剂在电催化有机物氧化联产氢气领域中应用。

本申请的另一目的在于提供一种复合催化剂在电催化醛氧化联产氢气领域中的应用。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种复合催化剂，包括泡沫金属和接枝在泡沫金属表面的卡宾配体。

第二方面，本申请提供一种复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤S10、提供泡沫金属，以及包含电解质和卡宾试剂的第一混合液；

步骤S20、构建电极体系，以泡沫金属为工作电极，以第一混合液为电解液，进行电解反应，在泡沫金属表面接枝卡宾配体，得到复合催化剂。

第三方面，本申请提供一种复合催化剂在电催化有机物氧化联产氢气领域中应用。

第四方面，本申请提供一种复合催化剂在电催化醛氧化联产氢气领域中的应用。

本申请第一方面提供的复合催化剂，以泡沫金属为基底，可以提高催化剂的比表面积，更有利于电子的传递；接枝在泡沫金属表面的卡宾配体，不仅可以有效提高泡沫金属基底表面的活性反应位点，还更有利于C-H键的断裂，从而提高复合催化剂在水分解析氢反应过程中的电子传输能力，赋予复合催化剂较高的析氢速率，实现在低电位下有机物氧化与析氢反应的结合，使得阴阳两极同时产氢，从而有效提高电解水制氢的安全指数，还可以在阳极得到附加值较高的副产品。此外，通过卡宾配体接枝后，还能有效提高了复合催化剂在大电流密度下的活性和稳定性，以及在水中的耐受性和热稳定性。

本申请第二方面提供的复合催化剂的制备方法，采用电化学方法在泡沫金属表面接枝卡宾配体，从而提高泡沫金属基底的活性反应位点，使得复合催化剂在大电流密度下具有较高的活性和稳定性，从而降低电解水制氢过程中的能耗，提高该过程的安全指数和经济附加值。另外，复合催化剂的制备方法能有效制备得到结构稳定、电催化活性高的复合催化剂，而且，制备工艺简单，成本低，有利于进行工业化推广和应用。