[发明专利]基于过渡金属盐的析氧电催化材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于过渡金属盐的析氧电催化材料、其制备方法及应用。所述析氧电催化材料可以通过采用钴离子作为中心离子，掺杂一定量镍离子，以钾离子或钠离子为电荷平衡离子，以氟离子为配体，通过钴离子与配体在溶剂中的配位反应制得。并且所述析氧电催化材料在应用于电解水制氢时的析氧过电位明显低于铱电极，表现出优异的析氧电催化性能和电催化稳定性，有望在新能源领域得到广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种电催化析氧材料，特别涉及一种以钴离子作为配位中心离子，氟离子作为作为配体的基于过渡金属盐的析氧电催化材料的制备方法，以及其在电解水制氢中电催化析氧方面的应用，属于可再生能源材料技术领域。

背景技术

目前，利用光伏发电、风力发电和水力发电，然后电解水析氢，是实现碳达峰碳中和的有效途径。现有电解水析氢方法中大多需要采用贵金属钌、铱及其氧化物作为析氧电催化剂，其虽然具有优异析氧性能，但由于贵金属价格昂贵、储量有限，因此难以大规模应用。长期以来，业界一直渴望发展出廉价高效的非贵金属电催化剂，以实现低成本电解水制氢。

尽管研究人员提出了一些过渡金属氧化物或氢氧化物有望作为析氧电催化材料，但是它们的析氧过电位过大，析氧产生的过量氢离子会对过渡金属氧化物或氢氧化物电极产生局部的溶解作用，从而影响其电解效率和使用寿命，因而不能满足实际应用的要求。

发明内容

为了克服现有电解水析氧电催化剂的不足，降低能耗，提高电流效率，本发明的目的在于设计一种新型的基于过渡金属盐的析氧电催化材料、其制备方法及电解水制氢方面的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例中提供了一种基于过渡金属盐的析氧电催化材料的制备方法，其包括：使包含氟化氢、氢氧化物、钴盐、亚镍盐的均匀液相混合反应体系于-2～99℃在氮气保护下反应0.5～2h，获得基于过渡金属盐的析氧电催化材料，其化学式表示为MCo_(1-x)Ni_xF₃，M表示电荷平衡离子，0＜x＜1。

在一些实施例中，所述制备方法具体包括：

向氟化氢、氢氧化物的混合溶液中加入电解质，并控制混合溶液的温度在-2℃以下；

将钴盐、镍盐混合研磨后直接加入所述混合溶液中，超声振荡，之后升温至85～99℃继续反应0.5～2h，获得基于过渡金属盐的析氧电催化材料。

在一些实施例中，所述镍盐与钴盐的摩尔比为y：1，其中，y＞0，优选为0＜y＜1。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的基于过渡金属盐的析氧电催化材料，其晶体结构为钙钛矿型立方晶系，空间群为P_m3_m空间群，其化学式表示为MCo_(1-x)Ni_xF₃，M表示电荷平衡离子，0＜x＜1。

本发明实施例还提供了所述基于过渡金属盐的析氧电催化材料作为析氧电催化剂于电解水制氢中的应用。

相应的，本发明实施例还提供了一种电解水制氢的方法，其包括：

将所述的基于过渡金属盐的析氧电催化材料制成碳糊电极或金属基电极；

以所述碳糊电极或金属基电极为析氧电极，以镍作为析氢电极，并与碱性水溶液配合形成电解水制氢体系，通过在析氧电极与析氢电极之间通电，实现电解水制氢。

与现有技术相比，本发明采用钴离子作为中心离子，掺杂一定量镍离子，以钾离子或钠离子为电荷平衡离子，以氟离子为配体，通过钴离子与配体在溶剂中的配位反应生成新型基于过渡金属盐的析氧电催化材料，并且所述析氧电催化材料在应用于电解水制氢时的析氧过电位明显低于铱电极，表现出优异的析氧电催化性能和电催化稳定性，有望在新能源领域得到广泛应用。