【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于碳材領(lǐng)域，涉及一種具有高效析氧催化碳材材料，特別涉及一種電解水析氧催化碳材材料及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、環(huán)境變化和石油能源的消耗給人類帶來了嚴(yán)重的問題，隨著傳統(tǒng)化石燃料的廣泛使用，環(huán)境污染及全球變暖等問題日益嚴(yán)重。因此隨著全球能源需求量的逐步增加，研究和開發(fā)利用高效的可持續(xù)發(fā)展的清潔能源迫在眉睫。氫能由于具有如下特性成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)：良好的導(dǎo)熱性，較少的污染，豐富的來源，并且可以轉(zhuǎn)化為潮汐能、太陽能或其他二次能源。因此生產(chǎn)氫氣的裝置--電解水制氫技術(shù)的發(fā)展備受人們青睞。
2、電解水是在電解槽中通過施加一定的電壓將水分解，在陰極析出的是氫氣，其反應(yīng)稱為析氫反應(yīng)（her）；陽極析出氧氣，其反應(yīng)稱為析氧反應(yīng)（oer）。在堿性電解液中其反應(yīng)示意圖如下圖所示：當(dāng)電解槽通入直流電后，開始發(fā)生電解反應(yīng)，其中氫離子（h+）和氫氧根離子（oh-）分別向陰極和陽極移動(dòng)，自由電子由正極向負(fù)極移動(dòng)，最終在陰極產(chǎn)生氫氣（h2）在陽極產(chǎn)生氧氣（o2）。
3、電解水制氫是生產(chǎn)高純度的氫氣的有效途徑，然而其產(chǎn)生的氫氣僅僅約占世界氫氣總產(chǎn)量的?4%。制約著氫氣產(chǎn)量的主要因素是陽極析氧催化劑，由于其析氧過電位較高，循環(huán)穩(wěn)定性差且反應(yīng)所涉及的復(fù)雜的電子轉(zhuǎn)移和中間產(chǎn)物的吸附脫附過程使氫能技術(shù)的發(fā)展處于瓶頸。因此研究新型析氧催化劑，降低析氧過電位，有利于提高堿性電解水制氫的效率。并且對(duì)長(zhǎng)遠(yuǎn)的解決能源短缺問題具有重要意義。
4、在堿性電解液電解水的條件下，析氧電極材料其結(jié)構(gòu)必須具有穩(wěn)定性，耐腐蝕性，良好的電催化析氧活性
5、碳材由于具有較高的比表面，孔容，廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)是最廣泛應(yīng)用的一種碳材料。研究學(xué)者對(duì)其研究興趣非常高漲，從各個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)、探究，如炭源的選擇，炭化與活化方法的改進(jìn)，使活性炭的比表面積有了大幅的提升，碳材由于具有較高的比表面，孔容，廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)是最廣泛應(yīng)用的一種析氧材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種高效碳材及其制備方法，通過連續(xù)后處理，尤其高溫和低溫切換處理，能夠顯著提高氮磷摻雜氧化鈰的催化活性，顯著降低氧化鈰的析氧過電位，具有極高的析氧反應(yīng)活性，此外，所述碳材在koh?溶液中具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
2、一種高效碳材處理方法，包括如下步驟：
3、（1）碳基材表面預(yù)處理；
4、（2）配制前驅(qū)液：所述前驅(qū)液包括有硝酸鈰、硫酸銨、磷酸二氫銨、海藻酸鈉和去離子水，常溫?cái)嚢杈鶆颍@得前驅(qū)液；
5、（3）負(fù)載活性組分：將步驟（1）處理的碳基材置于步驟（2）新制的前驅(qū)液中，于攪拌條件下使用氨水調(diào)節(jié)ph值，然后持續(xù)浸泡；
6、（4）干燥處理：取出碳基材，置于冰箱中冷凍處理，然后進(jìn)行干燥處理；
7、（5）一次后處理：將經(jīng)過冷凍干燥的碳基材置于氮?dú)夥盏墓苁届褵隣t中，進(jìn)行一次程序升溫處理和一次低溫處理；
8、（6）二次后處理：將經(jīng)過一次后處理的碳基材置于氫氮混合氣氛的管式煅燒爐中，進(jìn)行二次程序升溫處理和二次低溫處理；
9、（7）打包密封處理。
10、進(jìn)一步的，碳基材表面預(yù)處理中所述碳基材選自碳布，將碳布依次在丙酮和乙醇中超聲處理30min，干燥后再將碳布浸入體積比為1:1的濃硫酸和濃硝酸的混合酸溶液中處理，然后用超純水反復(fù)沖洗碳布直至沖洗液呈中性，冷風(fēng)干燥后得到表面預(yù)處理的碳布。
11、進(jìn)一步的，前驅(qū)液包括有60-70g/l硝酸鈰、10-15g/l硫酸銨、2-3g/l磷酸二氫銨、4-5g/l海藻酸鈉和去離子水。
12、進(jìn)一步的，攪拌條件下使用氨水調(diào)節(jié)ph為9-10，然后持續(xù)浸泡24-36小時(shí)。
13、進(jìn)一步的，取出碳基材，置于冰箱中冷凍處理3-4h，然后進(jìn)行冷凍干燥處理。
14、進(jìn)一步的，一次程序升溫為5-7℃/min升溫至450-500℃，保持1-2小時(shí)，耐高溫夾子取出后進(jìn)行直接放入-10~-20℃冷氮?dú)庵斜３?0-20min。
15、進(jìn)一步的，二次程序升溫為5-7℃/min升溫至600-650℃，保持1-2小時(shí)，耐高溫夾子取出后進(jìn)行直接放入-5~-10℃冷氮?dú)庵斜３?0-20min。
16、進(jìn)一步的，氫氮混合氣為5vol.%h2/n2混合氣。
17、進(jìn)一步的，一種高效碳材作為析氧電極材料，用于電解水方面的應(yīng)用。
18、本專利技術(shù)可能具有高產(chǎn)氧催化活性的原因：（1）本專利技術(shù)使用硝酸鈰作為活性金屬源，硫酸銨和磷酸二氫銨以及氨水提供氮源，磷酸二氫銨提供磷源，海藻酸鈉提供額外碳源和改善溶液粘度，進(jìn)而提高負(fù)載量，最終獲得多非金屬摻雜的氧化鈰具有較高的本征活性；（2）通過高比表面的碳布和控制氨水加入時(shí)間，顯著提高活性組分浸漬負(fù)載量；（3）通過先氮?dú)舛栊员簾髿錃膺€原焙燒，有效提高ceo2的活性；（4）本專利技術(shù)首次使用兩次極端高低溫處理氧化鈰活性組分，能夠有效暴露活性位點(diǎn)，進(jìn)而顯著降低氧化鈰的析氧過電位，顯示出極高的析氧反應(yīng)活性，此外，所述碳材在koh?溶液中具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具體參見附圖1-6。
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1.一種高效碳材處理方法，其特征在于包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于碳基材表面預(yù)處理中所述碳基材選自碳布，將碳布依次在丙酮和乙醇中超聲處理30min，干燥后再將碳布浸入體積比為1:1的濃硫酸和濃硝酸的混合酸溶液中處理，然后用超純水反復(fù)沖洗碳布直至沖洗液呈中性，冷風(fēng)干燥后得到表面預(yù)處理的碳布。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于前驅(qū)液包括有60-70g/L硝酸鈰、10-15g/L硫酸銨、2-3g/L磷酸二氫銨、4-5g/L海藻酸鈉和去離子水。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于攪拌條件下使用氨水調(diào)節(jié)pH為9-10，然后持續(xù)浸泡24-36小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于取出碳基材，置于冰箱中冷凍處理3-4h，然后進(jìn)行冷凍干燥處理。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于一次程序升溫為5-7℃/min升溫至450-500℃，保持1-2小時(shí)，耐高溫夾子取出后進(jìn)行直接放入-10~-20℃冷氮?dú)庵斜３?0-20
7.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于二次程序升溫為5-7℃/min升溫至600-650℃，保持1-2小時(shí)，耐高溫夾子取出后進(jìn)行直接放入-5~-10℃冷氮?dú)庵斜３?0-20min。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于氫氮混合氣為5vol.%H2/N2混合氣。
9.一種高效碳材，其特征在于所述碳材通過權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)碳材處理方法制備獲得。
10.如權(quán)利要求9所述碳材的應(yīng)用，其特征在于作為析氧電極材料，用于電解水方面的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高效碳材處理方法，其特征在于包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于碳基材表面預(yù)處理中所述碳基材選自碳布，將碳布依次在丙酮和乙醇中超聲處理30min，干燥后再將碳布浸入體積比為1:1的濃硫酸和濃硝酸的混合酸溶液中處理，然后用超純水反復(fù)沖洗碳布直至沖洗液呈中性，冷風(fēng)干燥后得到表面預(yù)處理的碳布。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于前驅(qū)液包括有60-70g/l硝酸鈰、10-15g/l硫酸銨、2-3g/l磷酸二氫銨、4-5g/l海藻酸鈉和去離子水。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于攪拌條件下使用氨水調(diào)節(jié)ph為9-10，然后持續(xù)浸泡24-36小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高效碳材處理方法，其特征在于取出碳基材，置于冰箱中冷凍處理...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張馨月，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：張馨月，
類型：發(fā)明
國別省市：
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