一种复合电催化剂及制备方法和应用与流程

本申请涉及电催化材料，主要涉及一种复合电催化剂及制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能是未来国家能源战略的重要组成部分，其产业发展迅猛，前景广阔，电解水制氢是高效的制氢途径之一，因此电解水制氢备受关注。析氢反应（her）和析氧反应（oer）构成水分解反应，反应能垒较高。若使用其他化学品氧化反应代替oer，有望减小产氢所需的外加电压，降低能耗，同时实现高附加值化学品的联产，并解决水解槽阴极、阳极产物混合带来的安全隐患，降低安全风险，乙醇价格低廉且其电化学重整在高效制氢方面具有竞争力。但是，使用乙醇氧化反应（ethor）代替oer需要电催化剂同时具有良好的her和ethor催化活性。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种复合电催化剂及制备方法和应用，所述复合电催化剂为铱（ir）微晶修饰的磷化镍（ni2p）超薄纳米片复合电催化剂（ir-ncs/ni2p-nss），在碱性溶液中对her和乙醇氧化反应（ethor）均表现出优异的电化学活性，旨在提供一种同时具有良好的her和ethor催化活性的电催化剂。

2、本申请的技术方案如下：

3、一种复合电催化剂的制备方法，其中，包括以下步骤：

4、s1、制备ni(oh)2超薄纳米片；

5、s2、通过原位还原法在所述ni(oh)2超薄纳米片上进行铱微晶修饰，得到铱微晶修饰的ni(oh)2超薄纳米片；

6、s3、对所述铱微晶修饰的ni(oh)2超薄纳米片进行磷化处理，得到铱微晶修饰的ni2p超薄纳米片，即所述复合电催化剂。

7、采用本申请提供的复合电催化剂的制备方法制备得到的铱微晶修饰的ni2p超薄纳米片，ir微晶均匀分散在ni2p超薄纳米片上，原子级厚度的ir微晶修饰的ni2p超薄纳米片可以在电催化反应过程中暴露出更多的活性位点，磷化镍具有优良催化性能，ir具有高导电性，两者结合加上结构设计，使得本申请的复合电催化剂具备了充足的活性位点、导电性、催化活性。

8、所述的复合电催化剂的制备方法，其中，所述铱微晶修饰的ni2p超薄纳米片中镍元素和铱元素的质量比为20-100：1，所述ni2p超薄纳米片的厚度在1.5-2.5 nm之间，所述铱微晶的直径为3-5nm。

9、本申请制备得到的铱微晶修饰的ni2p超薄纳米片，当所述铱微晶修饰的ni2p超薄纳米片中镍元素和铱元素的质量比为20-100：1时，其电催化剂的ethor性能好。

10、所述的复合电催化剂的制备方法，其中，步骤s1具体包括以下步骤：

11、在室温下，取氯化镍溶液和镍氰化钾溶液混合均匀，静置6-12h，得到蓝色果冻状的nicl2-k2ni(cn)4混合氰胶；

12、将nabh4溶液倒入所述nicl2-k2ni(cn)4混合氰胶中，在60~80℃水浴下剧烈搅拌3-7小时，通过离心收集沉淀物，得到所述ni(oh)2超薄纳米片，用去离子水和0.1 m的koh交替洗涤数次，在50-60℃下烘干。

13、所述的复合电催化剂的制备方法，其中，氯化镍与镍氰化钾的摩尔比为2：1，所述氯化镍溶液的浓度为1-2 mm，所述镍氰化钾溶液的浓度为0.5-1 mm，所述nabh4溶液的浓度为0.1-2 g/ml，所述nabh4与所述氯化镍和所述镍氰化钾的摩尔比之和的比例为10~30:1。

14、所述的复合电催化剂的制备方法，其中，步骤s2具体包括以下步骤：

15、将所述ni(oh)2超薄纳米片和铱源分散在去离子水中，超声处理至混合均匀；

16、加入nabh4溶液，在50~70℃水浴锅中恒温搅拌4~10小时；

17、通过离心水洗收集得到经过所述铱微晶修饰的ni(oh)2超薄纳米片。

18、所述的复合电催化剂的制备方法，其中，所述ni(oh)2超薄纳米片中的镍元素和所述铱源中的铱元素的质量比为20-100：1；所述nabh4溶液的浓度为0.05-10 g/ml，所述nabh4与所述铱元素的摩尔比为550~3500:1，每100mg所述ni(oh)2超薄纳米片加入10~300ml所述去离子水。

19、所述的复合电催化剂的制备方法，其中，步骤s3具体包括以下步骤：

20、在氩气气氛中，将磷盐和所述铱微晶修饰的ni(oh)2超薄纳米片分别放置在管式炉上下风口的坩埚中，然后以1-5 ℃/min的速率升温至300-320℃后，保温1-2小时，得到所述铱微晶修饰的ni2p超薄纳米片。

21、所述的复合电催化剂的制备方法，其中，每0.1 g 所述铱微晶修饰的ni(oh)2超薄纳米片使用0.1~0.5 g磷盐；所述磷盐为磷酸钠、次磷酸钠、磷酸钾中的一种。

22、一种复合电催化剂，其中，采用如上所述的复合电催化剂的制备方法制备得到。

23、一种如上所述的复合电催化剂的应用，其中，将所述复合电催化剂用于电解水制氢或乙醇氧化反应。

24、有益效果：本申请提供的复合电催化剂的制备方法，制备得到的复合电催化剂为铱微晶修饰的磷化镍超薄纳米片复合电催化剂，在碱性溶液中对her和乙醇氧化反应均表现出优异的电化学活性，可应用于电解水制氢或乙醇氧化反应。

技术特征：

1.一种复合电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的复合电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铱微晶修饰的ni2p超薄纳米片中镍元素和铱元素的质量比为20-100：1，所述ni2p超薄纳米片的厚度在1.5-2.5 nm之间，所述铱微晶的直径为3-5nm。

3.根据权利要求1所述的复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的复合电催化剂的制备方法，其特征在于，氯化镍与镍氰化钾的摩尔比为2：1，所述氯化镍溶液的浓度为1-2 mm，所述镍氰化钾溶液的浓度为0.5-1 mm，所述nabh4溶液的浓度为0.1-2 g/ml，所述nabh4与所述氯化镍和所述镍氰化钾的摩尔比之和的比例为10~30:1。

5.根据权利要求1所述的复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的复合电催化剂的制备方法，其特征在于，所述ni(oh)2超薄纳米片中的镍元素和所述铱源中的铱元素的质量比为20-100：1；所述nabh4溶液的浓度为0.05-10 g/ml，所述nabh4与所述铱元素的摩尔比为550~3500:1，每100mg所述ni(oh)2超薄纳米片加入10~300ml所述去离子水。

7.根据权利要求1所述的复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s3具体包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的复合电催化剂的制备方法，其特征在于，每0.1 g 所述铱微晶修饰的ni(oh)2超薄纳米片使用0.1~0.5 g磷盐；所述磷盐为磷酸钠、次磷酸钠、磷酸钾中的一种。

9.一种复合电催化剂，其特征在于，采用如权利要求1~8任一所述的复合电催化剂的制备方法制备得到。

10.一种如权利要求9所述的复合电催化剂的应用，其特征在于，将所述复合电催化剂用于电解水制氢或乙醇氧化反应。

技术总结
本申请涉及电催化材料技术领域，公开了一种复合电催化剂及制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：制备Ni(OH)<subgt;2</subgt;超薄纳米片；通过原位还原法在所述Ni(OH)<subgt;2</subgt;超薄纳米片上进行Ir微晶修饰，得到Ir微晶修饰的Ni(OH)<subgt;2</subgt;超薄纳米片；对所述Ir微晶修饰的Ni(OH)<subgt;2</subgt;超薄纳米片进行磷化处理，得到Ir微晶修饰的Ni<subgt;2</subgt;P超薄纳米片。制备得到的复合催化剂在碱性溶液中对HER和乙醇氧化反应均表现出优异的电化学活性，可应用于电解水制氢或乙醇氧化反应。

技术研发人员：陈忠伟,陈瑞婷,马歌,王新
受保护的技术使用者：有研（广东）新材料技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15