一种过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法及其应用

本发明涉及清洁能源氢能领域，具体属于电催化分解水制氢领域，尤其涉及一种过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法及其在制氢领域中的应用。

背景技术：

0、技术背景

1、随着化石能源带来的污染日渐严重，开发清洁可持续的新能源，早已成为各国科研人员的共识。电催化分解水制氢工艺，由于其工艺简单、制氢纯度高、氢气燃烧无污染等优点，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，其理论电位为1.23v，远远大于电催化氢析出所需电位，因此是电解水制氢的主要能耗反应。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。因此，开发高效电催化氧析出催化剂对于推动电解水的商业化发展具有重要意义。

2、目前，铱(钌)系贵金属电催化剂是最有效的氧析出催化剂，但由于其昂贵价格、低存储量等原因，严重限制了其大规模的商业化应用。过渡金属化合物，如铁、钴、镍基氧化物、硫化物及其复合材料等因廉价、易于组合调控等特点，在电化学催化水分解氧析出领域越来越表现出较强的应用前景。

技术实现思路

1、针对目前对廉价、高效、电催化水氧化电极材料的需求，本发明提供一种过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法，以及该方法制备的催化剂在电催化水分解领域中的应用，该制备方法简单，不需要复杂的设备和实验过程，而且制备的过渡金属氧化物电极材料具有多孔的结构，具有大量的活性位点，具有优异的电催化活性。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法，具体步骤如下：

3、步骤a：按比例配制过渡金属盐水溶液，取适量脱脂棉浸渍于溶液中，待充分吸附后，取出、干燥；

4、步骤b：将步骤a得到的产物置于空气中点燃，燃烧完毕，得到的黑色物质研磨至粉体，即为目标催化剂。

5、将得到的吸附金属盐的脱脂棉类载体在空气中点燃时，点燃方式包括但不限于火柴、打火机、酒精喷灯、火焰喷射器等方式。

6、优选的，所述步骤a中，使用的过渡金属盐为水溶性过渡金属盐，包括但不限于镍盐、铁盐、钴盐、锰盐、银盐、铂盐、金盐和铈盐。

7、优选的，所述步骤a中，使用的过渡金属盐为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酰丙酮盐中的一种。

8、优选的，所述步骤a中，使用的金属盐吸附载体为脱脂棉、卫生棉、医用棉中的至少一种，吸附时间为1～4h。

9、再优选的，所述步骤a中，过渡金属盐总摩尔量与去离子水的体积比为1:1～10，过渡金属盐与脱脂棉的摩尔比为1：0.5～5。

10、上述过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂在电催化水分解领域中的应用。

11、与现有技术中的电催化氧析出催化剂相比，本发明所提供的过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂具有以下优点：

12、1、该电催化剂通过与常用添加剂混合、分散均匀，再经过简单涂覆或喷涂在商业碳纸、碳布的一侧，即可作为工作电极，简单方便。

13、2、过渡金属氧化物具有多变的价态和可调制的电子结构，可以发挥组分间的协同作用，因此，制备的催化剂具有优异的性能。

14、3、本发明的制备反应过程简单，不需要复杂的设备，便于宏量制备。

15、4、本发明提供的过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂具有多变的化合价及可调制的电子结构，因此，表现出优异的电催化分解水活性。

技术特征：

1.一种过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法，其特征在于，其制备步骤如下：

2.根据权利1所述的过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法，其特征在于，所述步骤a中，使用的过渡金属盐为水溶性过渡金属盐，包括但不限于镍盐、铁盐、钴盐、锰盐、银盐、铂盐、金盐和铈盐。

3.根据权利1所述的过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法，其特征在于，所述步骤a中，使用的过渡金属盐为硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酰丙酮盐中的至少一种。

4.根据权利1所述的过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法，其特征在于，所述步骤a中，使用的金属盐吸附载体为脱脂棉、卫生棉、医用棉中的一种，吸附时间为1～4h。

5.根据权利1所述的过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法，其特征在于，所述步骤a中，过渡金属盐的摩尔量与去离子水的体积比为1:1～10，过渡金属盐的摩尔量与脱脂棉的质量比为1：0.5～5。

6.如任一权利要求1-5所述的过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法制备的电催化剂在电催化水分解领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种过渡金属氧化物/碳纤维复合电催化剂的快速制备方法和应用，其制备步骤是：配制过渡金属盐水溶液，然后将脱脂棉浸入前述溶液中，取出、干燥，进一步将其在空气中点燃，待燃烧结束，得到的黑色物质即为目标催化剂，将该催化剂应用在在电催化水分解领域中。本发明的电催化剂制备方法简单、便于操作、无需复杂的实验设备，制备催化剂时间短、效率高，具有工业化应用前景，制备的电催化剂具有优异的电催化水分解活性，可以应用在电催化水分解领域中。技术研发人员：刘国强,杨翠珍,斯庭智,李永涛,柳东明,张庆安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：2024/4/17