【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電催化，具體涉及一種鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料及其制備方法和應用。
技術(shù)介紹
1、清潔能源技術(shù)的開發(fā)已成為全球研究的熱點。在眾多新能源技術(shù)中，電解水技術(shù)憑借同時產(chǎn)氫和產(chǎn)氧的優(yōu)勢，成為一種極具發(fā)展前景的清潔能源獲取途徑，廣泛應用于能源存儲、燃料電池及化工生產(chǎn)等領(lǐng)域。氫能因其高能量密度和零碳排放的特性，被認為是未來可持續(xù)能源體系的重要組成部分。傳統(tǒng)的電解水技術(shù)通常依賴貴金屬催化劑(如pt、ir、ru等)來降低析氫反應(her)和析氧反應(oer)的過電位，從而提高反應效率。然而，貴金屬資源稀缺且價格昂貴，限制了其在大規(guī)模工業(yè)化中的應用。因此，開發(fā)高效、低成本且穩(wěn)定性強的非貴金屬催化劑已成為研究的重點方向。
2、與傳統(tǒng)的粉末催化劑相比，碳基材料上的催化劑原位工程具有許多優(yōu)點，因為：1)三維結(jié)構(gòu)可以暴露出豐富的her和oer活性中心；2)電催化劑與基體緊密接觸，降低了電化學阻抗，有利于電子轉(zhuǎn)移，并在較高電流密度下增加電催化穩(wěn)定性。碳布(cc)具有良好的耐溫性和耐腐蝕性，并能在酸性或堿性電解質(zhì)中保持穩(wěn)定，是電極材料的理想柔性基底。同時，由于大的表面積和優(yōu)異的導電性能，cc可以直接用于析氫電極。
3、然而，最近的研究表明，相較于某些金屬基催化劑(如鎳泡沫或鈷泡沫)，碳布電極在質(zhì)子轉(zhuǎn)移效率和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較差，這可能與碳載體與泡沫之間形成的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此，開發(fā)廉價、高效且穩(wěn)定的碳基電催化劑，仍然是電解領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。
4、為了用其他高性能的催化材料取代貴金屬電催化劑，人們已經(jīng)
5、(i)故意制造缺陷。使用dbd等離子體技術(shù)誘導cc表面產(chǎn)生缺陷。缺陷可以調(diào)節(jié)電子態(tài)密度和表面性質(zhì)。(ii)雜原子摻雜。雜原子破壞了催化劑晶格的周期性，改變了局部電子結(jié)構(gòu)，引入了額外的活性位點，從而增強了電荷轉(zhuǎn)移。(iii)多相異質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。與單相材料不同，多相材料中不同相之間的協(xié)同效應可以促進電子轉(zhuǎn)移速率，有助于優(yōu)化材料的電子結(jié)構(gòu)，從而大大提高所獲得的催化劑活性。
6、三氧化二釔(y2o3)作為一種重要的稀土氧化物，在多個能源領(lǐng)域有廣泛應用。其y3+和y4+氧化態(tài)之間的靈活轉(zhuǎn)變不僅使y2o3具有可逆的表面氧離子交換，用作有效供氧的氧氣緩沖器，也提供了與其他基質(zhì)產(chǎn)生強電子相互作用的機會。
7、因此，結(jié)合等離子體技術(shù)發(fā)展一種鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料的制備方法具有重要的研究意義，將可能會為推進清潔h2能源技術(shù)開辟一個新的研究領(lǐng)域。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料及其制備方法和應用。本專利技術(shù)的電催化材料是一種以介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理后的碳纖維布(cc)為基底，原位支撐過渡金屬鈷(co)和稀土金屬釔(y)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電催化材料。本專利技術(shù)制備工藝簡便且環(huán)境友好，有效降低了電催化材料的制備成本。
2、本專利技術(shù)先利用介質(zhì)阻擋放電技術(shù)對碳纖維布表面進行預處理，這可以顯著提高碳纖維布親水性和表面反應活性面積，增強碳纖維布表面反應活性，增強碳纖維布基底與y2o3/yn-co3o4鈷釔雙金屬氧/氮化物的結(jié)合力；然后在水熱反應過程中，鈷釔雙金屬氧/氮化物在碳纖維布基體上原位合成，形成具有高穩(wěn)定性和優(yōu)異電催化性能的電極材料。
3、本專利技術(shù)電催化材料(催化劑)的電催化性能與傳統(tǒng)貴金屬pt/c催化劑相媲美，并且在大電流密度下展現(xiàn)出更高的催化效率。通過本專利技術(shù)方法制備的鈷釔雙金屬氧/氮化物催化劑不僅具有卓越的電化學性能，還具備了令人欣喜的長期催化能力，具有廣闊的市場前景。
4、本專利技術(shù)提供了一種新穎的高性能、低成本過渡金屬氧化物和稀土金屬氧/氮化物電催化電極材料的制備方法，具有較高的工業(yè)化應用前景和實際應用價值，特別是在能源存儲與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，具有廣泛的應用潛力。
5、[1]一種鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料的制備方法，包括：
6、步驟一、使用介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理碳纖維布；
7、步驟二、將步驟一處理后的碳纖維布(可記為pcc)加入到含硝酸鈷(ii)、硝酸釔(iii)、氟化銨和尿素的混合液中，并一起置于高壓反應釜中進行水熱反應，得到y(tǒng)2o3/yn-co3o4鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料；
8、所述混合液中鈷、釔摩爾比為5～7:1；
9、所述混合液中，鈷、釔的總摩爾數(shù)與氟化銨、尿素的質(zhì)量之比為2mmol:(0.2～0.3)g:(0.4～0.5)g；
10、所述水熱反應的溫度為230～260℃；
11、所述水熱反應的時間為8～11小時。
12、本專利技術(shù)的制備方法中，氟化銨和尿素可起到絡合劑的作用，氟化銨、尿素和鈷、釔的用量配比變化會影響y2o3/yn-co3o4鈷釔雙金屬氧/氮化物的形貌。在以上限定的用量配比(鈷、釔的總摩爾數(shù)與氟化銨、尿素的質(zhì)量之比為2mmol:(0.2～0.3)g:(0.4～0.5)g)和水熱反應溫度、時間條件下，y2o3/yn-co3o4鈷釔雙金屬氧/氮化物具有多面體(主要為六面體)微納米顆粒結(jié)構(gòu)。
13、步驟一中，介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理的功率可為30～70w，優(yōu)選為60w。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選功率下介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理后的碳纖維布的水接觸角更小，親水性更好。
14、步驟一中，介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理的時間可為9～18min，優(yōu)選為18min。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選時間下介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理后的碳纖維布的水接觸角更小，親水性更好。
15、步驟一中，介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理的電壓可為10～30kv，例如20kv等。
16、步驟一中，介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理的頻率可為10～30khz，例如20khz等。
17、步驟一中，介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理的介質(zhì)層厚度可為1～2mm。
18、步驟一中，介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理采用的介質(zhì)層可為石英。
19、步驟一中，介質(zhì)阻擋放電等離子體親水改性處理使用的兩極板放電間距可為3～6mm，進一步可為3～4mm。
20、步驟二中，所述混合液中鈷、釔摩爾比優(yōu)選為6:1。研究發(fā)現(xiàn)，當所述混合液中鈷、釔總摩爾數(shù)一定時，鈷、釔摩爾比為6:1時鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料具有最佳的電催化性能。
21、步驟二中，所述水熱反應的溫度優(yōu)選為250℃。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選水熱反應溫度下鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料的電催化性能更好。
22、步驟二中，所述水熱反應的時間優(yōu)選為10小時。研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟一中：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟一中：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟一中：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述混合液中鈷、釔摩爾比為6:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述水熱反應的溫度為250℃，所述水熱反應的時間為10小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任一項所述的制備方法制備得到的Y2O3/YN-Co3O4鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Y2O3/YN-Co3O4鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料，其特征在于，所述Y2O3/YN-Co3O4鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料中Y2O3/YN-Co3O4鈷釔雙金屬氧/氮化物具有多面體微納米顆粒結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的Y2O3/YN-Co3O4鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料在電解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧中
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鈷釔雙金屬氧/氮化物電催化材料的制備方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟一中：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟一中：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟一中：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述混合液中鈷、釔摩爾比為6:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟二中，所述水熱反應的溫度為250℃，所述水熱反應的時間為...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳光良，邱金鳳，
申請(專利權(quán))人：湖州師范學院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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