【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于氫能源領域，尤其涉及電解水制氫用析氧反應催化劑領域，具體涉及一種高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應非貴金屬催化劑。
技術介紹
1、氫能作為一種新能源，其將化學能轉化為電能的過程中，原料是氫氣和氧氣，不會產生而二氧化碳，對實現綠色發展，達到“雙碳”目標有重要意義。且比起清潔能源，太陽能發電需要有足夠的太陽光照才能轉化電能，風能發電要在開闊空間、風力較大的環境才能實現，潮汐能發電需要在特定地形條件下才能成功，而氫能發電對環境的要求較小，然而，由于氫氣易燃燒，大規模運輸成本高，且危險系數高，于是，如何低成本快捷地產生足夠多的氫氣，減少運輸步驟，成為至關重要的問題。
2、現有的制氫方法大致可分為化石燃料制氫、天然氣重整制氫、生物質制氫、光催化制氫、電解水制氫等，其中以化石燃料和天然氣為原料的方法在產生氫氣過程中，產生溫室氣體，影響產生氫氣的純度，進而影響后續的氫能發電過程的效率；光催化方法，雖然不會產生溫室氣體，但它的大規模運用受光強度的影響(即受天氣影響)，也受限于場地大小；生物質方法雖不受限于光照，且能對一些物質進行回收利用，但在現有技術下，它產生氫氣的效率遠低于化石燃料制氫和電解水制氫。綜合考慮，電解水制氫在大規模制氫上有巨大潛力。
3、電解水制氫分為陰極的析氫反應和陽極的析氧反應，現有技術中析氧反應的過電勢較大，是亟需解決的關鍵材料[li,j.,et?al."molybdenum-based?catalysts?foroxygen?evolution?reaction:re
技術實現思路
1、針對現有技術中電解水制氫析氧催化劑成本高、活性低等問題，根據催化活性組分間具有協同作用[zhang,y.,et?al."synergistic?effect?of?fe?and?mo?on?non-precious?metal?catalysts?for?oxygen?evolution?reaction."acs?catalysis,2019.]，本專利技術的目的是提供一種高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應非貴金屬催化劑。旨在通過優化材料組合和結構設計，顯著降低析氧反應過電勢，提高催化反應穩定性并延長催化劑的使用壽命。
2、技術方案
3、催化劑組成：
4、本專利技術的析氧反應催化劑包括以下活性組分：鐵(fe)、鉬(mo)、碳(c)、氮(n)、硼(b)五種元素，并通過優化配方比例實現最佳的催化性能。其中碳材料為納米結構，硼作為耐腐蝕功能材料。
5、三維網狀金屬載體：
6、所述催化劑載體為三維網狀金屬和納米碳材料，所述三維網狀金屬可以是鎳(ni)、鈦(ti)、銅(cu)、鐵(fe)等，優選為鎳。納米碳材料為石墨粉、石墨烯和納米管等，優選為石墨烯。
7、制備方法：
8、上述一種高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應非貴金屬催化劑，本專利技術通過以下技術方案實現：
9、載體處理：將三維網狀金屬經過除銹、除油、粗化進行預處理。
10、配制漿液：將無水三氯化鐵、鉬酸鈉、硼酸、尿素、納米碳材料的前驅體按照配方比例溶解在溶劑中，形成均勻溶液。
11、將三維網狀金屬載體浸漬在上述溶液中，進行充分浸泡。
12、浸漬后的三維網狀金屬在惰性氣體保護下進行煅燒納米碳材料，在三維網狀金屬表面復合一層納米結構碳材料；再通過溶液燃燒法得到催化劑主成分；最后通過電沉積法在催化劑表面鍍上一層硼作為耐腐蝕層，得到高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應催化劑。
13、有益效果：
14、(1)從原料上看，本專利技術所用到的試劑，在工業生產中常用、易獲取、成本低，降低催化劑的成本。
15、(2)從催化劑組成上看，具有高比表面積、高導電性和優異的機械穩定性；催化劑活性組分間雙金屬間、非金屬元素及其金屬與非金屬間存在協同效應，有效調控電子結構和反應動力學，延長催化劑的壽命和穩定性。
16、具體有益效果如下所述：
17、三維網狀金屬作為析氧反應(oer)催化劑載體，具有顯著的優勢，有助于降低析氧反應過電勢、提高催化反應穩定性和延長催化劑壽命。
18、1.降低析氧反應過電勢
19、a.高比表面積
20、增加活性位點：三維網狀金屬復合納米碳材料載體具有高比表面積，這意味著更多的活性位點暴露在電解液中，有助于加快反應速率和降低反應過電勢。
21、改善反應動力學：更多的活性位點可以提高催化劑的反應動力學，使氧氣生成更為迅速，從而降低過電勢。
22、b.優異的導電性
23、高導電性：三維網狀金屬具有多活性位點和高導電性，有助于電子在催化劑表面和內部的快速傳遞，從而減少電荷傳輸阻力，降低反應過電勢。
24、均勻電流分布：納米結構碳材料具有良好的導電性，確保電流在整個催化劑表面均勻分布，避免局部電流密度過高，從而穩定反應并降低過電勢。
25、2.提高催化反應穩定性
26、a.結構穩定性
27、抗機械沖擊：三維網狀金屬的多孔結構能夠有效吸收機械應力和沖擊，避免催化劑在反應過程中由于膨脹和收縮而破碎或剝落。
28、化學穩定性：催化劑表面的硼具有較高的耐腐蝕性，能夠在強堿性或強酸性電解液中保持穩定，從而提高催化劑的使用壽命。
29、b.促進氣體釋放
30、減少氣體阻塞：三維網狀金屬的多孔結構有助于氧氣氣泡的迅速釋放，避免氣泡在催化劑表面聚集，進而提高催化劑的穩定性和反應效率。
31、增強反應界面：多孔結構提供了更多的反應界面，促進反應物的擴散和氣體的逸出，減少反應過程中的阻力，保持催化劑的高效穩定工作。
32、3.延長催化劑壽命
33、a.降低應力集中
34、減少裂紋生成：三維網狀金屬的多孔結構能夠有本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種高活性三維網狀金屬負載Fe-Mo-C-N-B析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，催化劑載體包含多孔網狀金屬和納米碳材料，催化劑活性組分含有5種元素，分別為Fe、Mo、C、N、B。
2.根據權利要求1所述的一種高活性三維網狀金屬負載Fe-Mo-C-N-B析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑載體在多孔網狀泡沫金屬表面具有納米結構，納米結構在5-100nm，增加比表面積和活性位點。
3.根據權利要求1所述的一種高活性三維網狀金屬負載Fe-Mo-C-N-B析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑表面具有一層耐腐蝕涂層，提高其在強酸、強堿等不同環境中的穩定性和使用壽命。
4.根據權利要求1所述的一種高活性三維網狀金屬負載Fe-Mo-C-N-B析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑活性組分配方比例為：鐵鹽的濃度范圍為140-180mmol/L，鉬酸鹽的濃度范圍為80-170mmol/L，納米碳材料的濃度范圍為80-150mmol/L，尿素的濃度為110-190mmol/L，硼酸的濃度范圍為80-190mmol/L。
<...【技術特征摘要】
1.一種高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，催化劑載體包含多孔網狀金屬和納米碳材料，催化劑活性組分含有5種元素，分別為fe、mo、c、n、b。
2.根據權利要求1所述的一種高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑載體在多孔網狀泡沫金屬表面具有納米結構，納米結構在5-100nm，增加比表面積和活性位點。
3.根據權利要求1所述的一種高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑表面具有一層耐腐蝕涂層，提高其在強酸、強堿等不同環境中的穩定性和使用壽命。
4.根據權利要求1所述的一種高活性三維網狀金屬負載fe-mo-c-n-b析氧反應非貴金屬催化劑，其特征在于，所述催化劑活性組分配方比例為：鐵鹽的濃度范圍為140-180mmol/l，鉬酸鹽的濃度范圍為80-170mmol/l，納米碳材料的濃度范圍為80-150mmol/l，尿素的濃度為1...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魏永生，楊俊東，黎佳欣，許斯瑤，杜明心，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：
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