[发明专利]一种电催化剂、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种电催化剂、其制备方法和应用，涉及电催化技术领域。通过在泡沫基底上负载多金属氧化物，多金属氧化物中的金属元素包括Fe、Co、Cr和Cu，利用多种金属的协同作用以及Cu‑Cr在溶解以及电化学沉积过程中的强相互作用，使FeCoCrCuOsubgt;x/subgt;@CF显示出了杰出的HER催化活性，可以在高电流密度下高效稳定工作地电解水，表现出对HER具有优异的长期稳定性，在大规模电解水制氢的装置中具有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，具体而言，涉及一种电催化剂、其制备方法和应用。

背景技术

氢气是绿色能源的重要载体，也是氨肥生产的主要原材料，在工业生产中发挥着至关重要的作用。一般而言，许多生产H₂的过程是以牺牲环境为代价的。例如，工业上最常用的蒸汽甲烷重整(SMR)工艺中每生产1吨H₂，至少会产生6.6吨CO₂。

由可再生能源驱动的电解水制备氢气的方法是一种绿色制氢技术，正处于起步阶段，该工艺提供的氢气仅占据市场份额很小一部分。电解水催化剂，作为电催化制氢设备的核心材料，是限制绿色制氢工艺发展的主要因素。具体而言，作为电解水催化剂的里程碑之一，贵金属催化剂(Pt和IrO₂/RuO₂等)在水分解中起着重要作用，但依次存在稀缺性、成本高、在高电流密度下不稳定等问题，阻碍了其在工业上的广泛应用。

因此，开发一种低成本且在高电流密度下能够高效稳定工作的电解水催化剂，仍然是目前亟需解决的技术问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电催化剂、其制备方法和应用，旨在提供一种低成本且在高电流密度下能够高效稳定工作的电解水催化剂。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种电催化剂，包括泡沫基底和负载于泡沫基底上的多金属氧化物，多金属氧化物中的金属元素包括Fe、Co、Cr和Cu。

在可选的实施方式中，在多金属氧化物中，Fe、Co、Cr和Cu的摩尔比为1:0.5～1.0:0.5～1.0:0.5～1.0；优选为1:0.8～1.0:0.8～1.0:0.8～1.0。

在可选的实施方式中，泡沫基底和多金属氧化物总质量的质量比为1:0.9～1.3，优选为1:1.0～1.2；

优选地，泡沫基底为泡沫钴基底和泡沫镍铁基底中的至少一种。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式中任一项电催化剂的制备方法，包括：在泡沫基底上负载多金属氧化物。

在可选的实施方式中，将铁盐、钴盐、铬盐和铜盐在溶液体系中混合得到混合盐溶液，将混合盐溶液加载在泡沫基底上，在280℃～320℃的条件下反应8h-15h；

优选地，混合盐溶液中金属元素的总浓度为2M～3M，泡沫基底和混合盐溶液的质量体积比为(45～52)mg:(5～10)mL；

优选地，采用滴加的方式将混合盐溶液加载在280℃～320℃的泡沫基底上。

在可选的实施方式中，混合盐溶液的制备过程包括：将铁盐溶液、钴盐溶液、铬盐溶液和铜盐溶液混合后超声处理；

优选地，铁盐溶液、钴盐溶液、铬盐溶液和铜盐溶液均为硝酸水溶液。

在可选的实施方式中，还包括：在反应完成之后进行后处理得到待活化前体，将待活化前体进行电化学活化处理；

优选地，电化学活化处理的过程包括：以待活化前体为工作电极，选取对电极和参比电极，在电解液中进行CV活化；