一种非晶态CoOx氧析出电催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及属于电催化氧析出制氢领域，具体涉及一种非晶态coox氧析出电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

0、技术背景

1、电催化分解水制氢由于其工艺简单、制氢纯度高等优点已成为目前最有前景的制氢技术之一。电催化分解水反应包含两个重要的半反应，即阴极的氢析出反应和阳极的氧析出反应，但氧析出反应中多电子、多步骤过程导致其产氧过程中动力学缓慢，这限制了电催化分解水技术的进一步发展，已成为电解水制氢工业中重要的技术瓶颈。

2、目前，铱(钌)系贵金属电催化剂是最有效的氧析出催化剂，但昂贵价格、低存储量和单一催化功能严重限制了它们的大规模商业化应用。过渡金属及其化合物因其廉价、易于组合调控等特点，在电化学催化氧析出领域越来越表现出诱人前景。

技术实现思路

1、针对目前对廉价、高效、稳定氧析出电催化剂的需求，本发明提供一种非晶态coox氧析出电催化剂及其制备方法，该制备方法简单，具有纳米片结构的coox表现出优异氧析出活性和高稳定性，这主要归因于片状coox具有高的比表面积、大量的活性位点暴露以及碱液刻蚀产的丰富氧缺陷。

2、本发明的目的是通过提供以下技术方案，实现解决上述问题的技术效果。

3、本发明的目的之一是提供一种非晶态coox氧析出电催化剂，以钴盐为钴源，由以下摩尔配比的原料制备而成，锌盐：钴盐：尿素：氯化铵的摩尔比为1:2.5～3:5～8:15～20。

4、作为本发明的进一步方案：所述锌盐、钴盐、尿素与氯化铵的摩尔比例为1:2.5:8:20。

5、作为本发明的再进一步方案：所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、乙酰丙酮锌中的一种。

6、作为本发明的再进一步方案：所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、乙酰丙酮钴中的一种。

7、本发明的另一个目的是提供一种非晶态coox氧析出电催化剂的制备方法，具体制备步骤如下：

8、步骤a：配制锌盐、钴盐、尿素、氯化铵与水的混合液，经过水热反应、离心、干燥处理，得到锌钴双金属氢氧化物；

9、步骤b：将步骤a得到的产物置于氢气/氩气混合气氛管式炉中，经还原气氛热处理后，待降至室温，得到锌钴双金属氧化物；

10、步骤c：将步骤b得到的产物经浓碱液的刻蚀，得到非晶态coox电催化剂。作为本发明的进一步方案：所述步骤a中，水热反应温度为180℃，反应时间为7h。

11、作为本发明的进一步方案：所述步骤b中，氢气/氩气混合气氛体积比1:8～10。

12、作为本发明的进一步方案：所述步骤b中，还原气氛热处理的温度为400～600℃，处理时间为0.5～3h。

13、作为本发明再进一步方案：所述步骤c中，碱液浓度为1～5mol/l，碱液是组成为naoh和koh中的至少一种，刻蚀时间为3～24h。

14、本发明的在一个目的是提供上述非晶态coox在电催化氧析出领域中的应用。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、该电催化剂经过简单涂覆于商业碳纸、碳布以及镍网表面即可用于电催化氧析出测试的工作电极。

17、2、该电催化剂片状coox具有大的比表面积、大量的活性位点暴露以及碱刻蚀产生的大量氧缺陷，因此，非晶态coox表现出优异的电催化氧析出活性和稳定性。

18、3、本发明提供的非晶态coox氧析出电催化剂，不仅制备方法简单、对设备要求低，而且所需原料廉价易得、样品性能重复性好，便于开展大规模工业化生产。

技术特征：

1.一种非晶态coox氧析出电催化剂，其特征在于，以钴盐为钴源，由以下摩尔配比的原料制备而成，锌盐：钴盐：尿素：氯化铵的摩尔比为1:2.5～3:5～8:15～20。

2.根据权利要求1所述的非晶态coox氧析出电催化剂，其特征在于，所述锌盐、钴盐、尿素与氯化铵的摩尔比例为1:2.5:8:20。

3.根据权利1所述的非晶态coox氧析出电催化剂，其特征在于，所述的锌盐为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、乙酰丙酮锌中的一种。

4.根据权利1所述的非晶态coox氧析出电催化剂，其特征在于，所述的钴盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、乙酰丙酮钴中的一种。

5.一种如任一权利要求1～4所述的非晶态coox氧析出电催化剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

6.根据权利5所述的非晶态coox氧析出电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，水热反应温度为180℃，反应时间为7h。

7.根据权利5所述的非晶态coox氧析出电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，氢气/氩气混合气氛体积比1:8～10。

8.根据权利5所述的非晶态coox氧析出电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，还原气氛热处理的温度为400～600℃，处理时间为0.5～3h。

9.根据权利1所述的非晶态coox氧析出电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，碱液浓度为1～5mol/l，碱液是组成为naoh和koh中的至少一种，刻蚀时间为3～24h。

10.如任一权利要求1-9所述的非晶态coox氧析出电催化剂在电催化氧析出领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种非晶态CoO<subgt;x</subgt;氧析出电催化剂及其制备方法和应用，该电催化剂以钴盐为钴源，由锌盐、钴盐、尿素、氯化铵制备而成，其制备方法包含以下步骤：配制锌盐、钴盐、尿素、氯化铵与去离子水的混合液，经过水热处理，待降至室温，离心、干燥；然后置于氢气/氩气混合气氛管式炉中，高温热处理；最后经过浓碱液的刻蚀，得到非晶态CoO<subgt;x</subgt;氧析出电催化剂。本发明的电催化剂制备方法简单、便于操作，制备的电催化剂具有优异的电催化氧析出性能及稳定性，因此可用于电催化氧析出领域中。

技术研发人员：刘国强,范小明,杨则恒,张卫新
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15