金属-CNT纳米复合材料的制备方法、包括由该制备方法制得的金属-CNT纳米复合材料的水电解催化剂电极、以及该水电解催化剂电极的制备方法

相关申请的交叉引用本申请主张于2021年10月14日提交的韩国专利申请第2021-0136848号的优先权，所述专利申请的全部内容通过参照的方式并入本文中。本公开涉及一种金属-cnt纳米复合材料的制备方法、包括由该制备方法制得的金属-cnt纳米复合材料的水电解催化剂电极、以及该水电解催化剂电极的制备方法。

背景技术：

1、当将电能施加到水分子时，会产生氢和氧分子，该反应由两个反应组成：析氢反应(hydrogen evolution reaction，her)和析氧反应(oxygen evolution reaction，oer)。

2、从理论上看，水电解应该在1.23v进行，但实际上产生氢气和氧气需要其以上的过电压。过电压越高，则能够产生更多的氢气和氧气，但问题是，电能成本也相应上升。

3、为了减少电能成本，需要降低参与反应的过电压，因此不可避免地需要使用电极催化剂，但是合成电极催化剂的方法主要采用合成时间长且催化剂单价高贵的湿法，因而存在使氢气生产成本上升的缺点。

4、因此，需要能够解决上述问题的电极催化剂制备技术。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、1.韩国授权专利第10-1733492号(2017年04月28日)。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开的目的在于提供一种在不使用现有湿法的情况下，制备能够作为水电解催化剂或者锂离子电池电极材料使用的金属-cnt(碳纳米管)纳米复合材料的方法，以及包括作为水电解催化剂具有优异性能的金属-cnt纳米复合材料的水电解催化剂电极及其制备方法。

3、技术方案

4、为了解决上述技术问题，本公开一方面提供一种金属-cnt纳米复合材料的制备方法，其包括以下步骤：向三重火炬型等离子体射流装置注入等离子体形成气体，并通过施加电源产生等离子射流；利用载气向所述等离子体射流分别注入金属和cnt，使金属汽化并沉积到cnt；以及冷却沉积有金属的所述cnt，并回收金属-cnt纳米复合材料。

5、所述金属及cnt的摩尔比可以是1：1至3:1。

6、所述金属可以是铜或镍。

7、所述cnt的直径可以是1nm至30nm，长度可以小于等于20μm。

8、可以与3l/min至8l/min的氩气一同注入所述金属，可以与5l/min至55l/min的氩气一同注入所述cnt。

9、所述金属-cnt纳米复合材料可以呈所述金属沉积于所述cnt表面的形态。

10、本公开另一方面提供一种由上述制备方法制得的金属-cnt纳米复合材料。

11、本公开另一方面提供一种包括金属-cnt纳米复合材料的水电解催化剂电极的制备方法，其包括如下步骤：由上述方法制备金属-cnt纳米复合材料；以及将所述金属-cnt纳米复合材料涂覆在水电解催化剂电极。

12、将所述金属-cnt纳米复合材料涂覆于水电解催化剂电极的步骤，可以包括如下步骤：制备包括金属-cnt纳米复合材料的催化剂墨水；以及将所述催化剂墨水涂覆在电极。

13、制备所述催化剂墨水的步骤，可以包括如下步骤：混合金属-cnt纳米复合材料、丙醇、去离子水、全氟磺酸膜(nafion)，以制备混合物；以及对所述混合物进行50分至70分的超声处理。

14、涂覆于所述电极的金属-cnt纳米复合材料的涂覆量，可以是每平方厘米所述电极表面1mg至1.5mg。

15、本公开另一方面提供一种水电解催化剂电极，其包括由所述制备方法制得的金属-cnt纳米复合材料。

16、发明的效果

17、本公开使用热等离子体制备可用作为水电解催化剂或锂离子电池电极材料的金属-cnt纳米复合材料，并制备包括该材料的水电解催化剂电极，从而在不使用湿法的情况下，因优异的过电位、电流密度和表面积而在阴极或阳极表现出优异的析氧反应(oer)和析氢反应(her)。

技术特征：

1.一种金属-cnt纳米复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的金属-cnt纳米复合材料的制备方法，其中，所述金属和cnt的摩尔比为1:1至3:1。

3.根据权利要求1所述的金属-cnt纳米复合材料的制备方法，其中，所述金属是铜或镍。

4.根据权利要求1所述的金属-cnt纳米复合材料的制备方法，其中，所述cnt的直径为1nm至30nm，长度小于等于20μm。

5.根据权利要求1所述的金属-cnt纳米复合材料的制备方法，其中，与3l/分钟至8l/分钟的氩气一同注入所述金属，与5l/分钟至55l/分钟的氩气一同注入所述cnt。

6.根据权利要求1所述的金属-cnt纳米复合材料的制备方法，其中，所述金属-cnt纳米复合材料呈所述金属沉积于所述cnt表面的形态。

7.一种通过根据权利要求1至6中任一项所述的方法制备的金属-cnt纳米复合材料。

8.一种包括金属-cnt纳米复合材料的水电解催化剂电极的制备方法，其包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的包括金属-cnt纳米复合材料的水电解催化剂电极的制备方法，其中，

10.根据权利要求9所述的包括金属-cnt纳米复合材料的水电解催化剂电极的制备方法，其中，

11.根据权利要求8所述的包括金属-cnt纳米复合材料的水电解催化剂电极的制备方法，其中，

12.一种水电解催化剂电极，其包括：

技术总结本公开涉及一种金属‑CNT纳米复合材料的制备方法、包括由该制备方法制得的金属‑CNT纳米复合材料的水电解催化剂电极、以及该水电解催化剂电极的制备方法，具体地，提供一种在不使用现有湿法的情况下，制备能够用作水电解催化剂或者锂离子电池电极材料的金属‑CNT(碳纳米管)纳米复合材料的方法，以及包括作为水电解催化剂具有优异性能的金属‑CNT的水电解催化剂电极的制备方法。技术研发人员：崔秀锡,吴政桓,洪承玄受保护的技术使用者：济州大学校产学协力团技术研发日：技术公布日：2024/6/11