一种FeOOH/S电解水催化剂及其制备方法与流程

本发明属于无机催化剂，具体地说，是涉及一种电解水催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球经济的飞速发展，资源消耗与日俱增，传统化石燃料的弊端日益显著。煤、石油和天然气等不可再生能源的稀缺性以及燃烧过程中对环境所造成的不可逆性破坏亟需解决。因此，在能源供应与环境保护的双重制约下，氢能作为一种高效、清洁、可持续的可再生能源应运而生。而在众多制氢技术中，电解水技术以其高效、清洁、高产的特点一度成为最有前景的绿色制氢方法之一。水分解由阴极的析氢反应(her)和阳极的析氧反应(oer)两个半反应组成。然而，her与oer反应由多个质子耦合和电子转移过程组成，其反应过程复杂，反应动力学缓慢，因此阻碍了反应的进行，造成整体水电解的效率降低。

2、目前，作为her和oer标准电催化剂的铂-碳(pt-c)和氧化钌(ruo2)/氧化铱(iro2)仍能够显著降低反应活化势垒，从而加速反应进程。然而，此类贵金属催化剂如pt、ruo2和iro2等虽具有优异的电催化活性，但其在高电位下的碱性电解液中可能被氧化成pto2、ruo4和iro3等，进而溶解到溶液中造成催化剂失活。与此同时，高成本与低耐久性严重限制了贵金属催化剂的大规模工业化应用。因此，需要利用经济性高的过渡金属(例如fe、co或ni)来替换昂贵的稀有金属。经研究发现，反应过程中处于中间状态的金属氧化物/氢氧化物是催化活性物质，更适合作为电解水过程中的电催化剂。通常，s的oer性能要比氢氧化物高，尤其是处于高温条件下，但是直接硫化是一个很慢的过程，会造成效率的降低以及成本的升高。

技术实现思路

1、本发明旨在解决电解水制氢硫化物催化剂制备方面的相关技术问题，提供了一种feooh/s电解水催化剂及其制备方法，通过以泡沫镍为载体，在其上合成氢氧化铁并进行再硫化的方式，达到降低催化剂成本，提高催化剂活性，缩短制造时间的目的。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，包括如下过程：

4、(1)选择泡沫镍作为载体并进行预处理；

5、(2)采用硝酸铁溶液于泡沫镍载体上搅拌浸渍，从而实现一步浸渍；

6、(3)一步浸渍完成后，采用硫化物溶液于泡沫镍载体上搅拌浸渍，从而实现二步浸渍。

7、进一步地，步骤(1)中，所述泡沫镍的厚度为4mm。

8、进一步地，步骤(1)中，所述泡沫镍的预处理过程为：分别经过2mol/l hcl超声处理15min，去离子水超声处理5min，乙醇超声处理15min，之后吹干。

9、进一步地，步骤(2)中，所述硝酸铁溶液的浓度为0.02mol/l。

10、进一步地，步骤(2)中，所述硝酸铁溶液的搅拌浸渍时长为15min。

11、进一步地，步骤(3)中，所述硫化物溶液为硫代硫酸钠溶液或硫化钠溶液。

12、进一步地，步骤(3)中，所述硫化物溶液的浓度为0.01mol/l-0.05mol/l。

13、进一步地，步骤(3)中，所述硫化物溶液的搅拌浸渍时长为15-120min。

14、根据本发明的另一个方面，提供了一种feooh/s电解水催化剂，由上述制备方法得到。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明提供了一种feooh/s电解水催化剂及其制备方法，以泡沫镍为载体，采用过渡金属fe代替稀有贵金属(例如pt、ru或ir)，从而降低催化剂成本；再以中间态的氢氧化铁为催化活性物质，从而提高催化剂活性。本发明通过在氢氧化铁上进行再硫化而不是直接硫化的方式，能够缩短合成时间。

技术特征：

1.一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

2.根据权利要求1所述的一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述泡沫镍的厚度为4mm。

3.根据权利要求1所述的一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述泡沫镍的预处理过程为：分别经过2mol/l hcl超声处理15min，去离子水超声处理5min，乙醇超声处理15min，之后吹干。

4.根据权利要求1所述的一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硝酸铁溶液的浓度为0.02mol/l。

5.根据权利要求1所述的一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硝酸铁溶液的搅拌浸渍时长为15min。

6.根据权利要求1所述的一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硫化物溶液为硫代硫酸钠溶液或硫化钠溶液。

7.根据权利要求1所述的一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硫化物溶液的浓度为0.01mol/l-0.05mol/l。

8.根据权利要求1所述的一种feooh/s电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述硫化物溶液的搅拌浸渍时长为15-120min。

9.一种feooh/s电解水催化剂，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述的制备方法得到。

技术总结
本发明属于无机催化剂技术领域，公开了一种FeOOH/S电解水催化剂及其制备方法，先选择泡沫镍作为载体并进行预处理，然后采用硝酸铁溶液于泡沫镍载体上搅拌浸渍，从而实现一步浸渍；一步浸渍完成后，采用硫化物溶液于泡沫镍载体上搅拌浸渍，从而实现二步浸渍。本发明以泡沫镍为载体，采用过渡金属Fe代替稀有贵金属(例如Pt、Ru或Ir)，从而降低催化剂成本；再以中间态的氢氧化铁为催化活性物质，从而提高催化剂活性。本发明通过在氢氧化铁上进行再硫化而不是直接硫化的方式，能够缩短合成时间。

技术研发人员：张磊,靳子涵,戚鸣,张孟麒
受保护的技术使用者：上海橙氧科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15