一种非贵金属催化剂及其制备方法与流程

本申请涉及水电解制氢，特别涉及一种非贵金属催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、在商用pem纯水电解制氢中，由于强酸性局域环境、活性和稳定性的要求，电解槽阴极催化剂局限于pt基贵金属，主要以pt/c为主。

2、一方面pt作为贵金属，地球储量并不丰富，作为工业原材料具有局限性。另一方面，使用pt基催化剂，价格高昂，使得电解槽总体成本升高。因此采用pt基催化剂作为pem电解槽阴极催化剂，极大的限制了pem电解槽的工业应用发展。

3、因此，开发非贵金属her(hydrogen evolution reaction)催化剂作为阴极催化剂的需求非常迫切。

技术实现思路

1、本申请提供一种非贵金属催化剂，旨在解决现有技术中利用pt基催化剂作为pem电解槽的阴极催化剂存在成本高的问题。

2、为实现上述目的，本申请提出一种非贵金属催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：

3、a)将钴盐置于去离子水中搅拌均匀，在钴盐完全溶解后得到溶液a；

4、b)将炭黑加入所述溶液a中，搅拌至无明显液体，得到黑色糊状物前驱体a；

5、c)将所述前驱体a干燥处理，而后将干燥后的所述前驱体a研磨至粉末状，将粉末状的所述前驱体a转移至第一磁舟中；

6、d)称取单质磷，将所述单质磷转移至第二磁舟中；

7、e)将所述第一磁舟与所述第二磁舟转移至管式炉中，其中，所述第一磁舟置于所述第二磁舟的下游；

8、f)使用惰性保护气置换所述管式炉中的空气后，向所述管式炉中通入h2；

9、g)同时对第一磁舟所在区域和第二磁舟所在区域进行升温，在第一磁舟和所述第二磁舟分别升至目标温度后，进行保温作业，并在保温后降至室温，从而得到cop催化剂。

10、在一些实施例中，所述钴盐于所述去离子水中添加的质量浓度在10～20mg/ml；所述钴盐包括硝酸钴、硫酸钴、氯化钴和草酸钴中的一种。

11、在一些实施例中，所述炭黑与所述钴盐的质量比在1:1～4:1；所述炭黑包括xc-72、石墨碳、活性炭、乙炔黑和科琴黑中的一种。

12、在一些实施例中，在步骤b)中，所述溶液a搅拌时的搅拌温度在55～65℃。

13、在一些实施例中，所述步骤c)中，干燥处理的温度在85～100℃，干燥处理的时间在2～3h。

14、在一些实施例中，所述单质磷与所述钴盐的质量比在1:2～1:4；所述单质磷包括红磷和黑磷中的一种。

15、在一些实施例中，所述惰性保护气包括氮气、氩气和氦气中的一种。

16、在一些实施例中，在步骤f)中，所述h2的流速在100～300ml/min。

17、在一些实施例中，在步骤g)中，所述第一磁舟所在区域和第二磁舟所在区域的升温速率在5～10℃/min，降温速率在3～5℃/min，所述第一磁舟被升温至360～500℃，第二磁舟被升温至380～450℃，所述保温时间在3～6h。

18、本申请还提供一种非贵金属催化剂，该非贵金属催化剂采用如上所述的非贵金属催化剂的制备方法制备而成。

19、本申请技术方案，提出一种非贵金属催化剂的制备方法，该制备方法包括如下制备步骤：a)将钴盐置于去离子水中搅拌均匀，在钴盐完全溶解后得到溶液a；b)将炭黑加入溶液a中，搅拌至无明显液体，得到黑色糊状物前驱体a；c)将前驱体a干燥处理，而后将干燥后的前驱体a研磨至粉末状，将粉末状的前驱体a转移至第一磁舟中；d)称取单质磷，将单质磷转移至第二磁舟中；e)将第一磁舟与第二磁舟转移至管式炉中，其中，第一磁舟置于第二磁舟的下游；f)使用惰性保护气置换管式炉中的空气后，向管式炉中通入h2；g)同时对第一磁舟所在区域和第二磁舟所在区域进行升温，在第一磁舟和第二磁舟分别升至目标温度后，进行保温作业，并在保温后降至室温，从而得到cop催化剂。本申请技术方案通过以上步骤制备得到cop催化剂，进而可通过cop催化剂代替传统贵金属pt/c催化剂，降低了pem电解槽的成本。

技术特征：

1.一种非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述钴盐于所述去离子水中添加的质量浓度在10～20mg/ml；所述钴盐包括硝酸钴、硫酸钴、氯化钴和草酸钴中的一种。

3.根据权利要求1所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述炭黑与所述钴盐的质量比在1:1～4:1；所述炭黑包括xc-72、石墨碳、活性炭、乙炔黑和科琴黑中的一种。

4.根据权利要求3所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤b)中，所述溶液a搅拌时的搅拌温度在55～65℃。

5.根据权利要求1所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤c)中，干燥处理的温度在85～100℃，干燥处理的时间在2～3h。

6.根据权利要求1所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述单质磷与所述钴盐的质量比在1:2～1:4；所述单质磷包括红磷和黑磷中的一种。

7.根据权利要求1所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述惰性保护气包括氮气、氩气和氦气中的一种。

8.根据权利要求7所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤f)中，所述h2的流速在100～300ml/min。

9.根据权利要求1所述的非贵金属催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤g)中，所述第一磁舟所在区域和第二磁舟所在区域的升温速率在5～10℃/min，降温速率在3～5℃/min，所述第一磁舟被升温至360～500℃，所述第二磁舟被升温至380～450℃，所述保温时间在3～6h。

10.一种非贵金属催化剂，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的非贵金属催化剂的制备方法制备而成。

技术总结本申请公开一种非贵金属催化剂及其制备方法，包括制备步骤：a)将钴盐置于去离子水中搅拌均匀，完全溶解后得到溶液A；b)将炭黑加入溶液A中搅拌至无明显液体，得到前驱体A；c)将前驱体A干燥处理后研磨至粉末状，并转移至第一磁舟中；d)称取单质磷并转移至第二磁舟中；e)将第一磁舟与第二磁舟转移至管式炉中，第一磁舟置于第二磁舟的下游；f)使用惰性保护气置换管式炉中的空气后向管式炉中通入H<subgt;2</subgt;；g)同时对第一磁舟所在区域和第二磁舟所在区域进行升温，在分别升至目标温度后进行保温作业，并在保温后降至室温，从而得到CoP催化剂。本申请技术方案可制备得到CoP催化剂，进而通过CoP催化剂代替传统贵金属催化剂，降低了PEM电解槽的成本。技术研发人员：王德军,王鹏,野田,张春荣,李苗受保护的技术使用者：北京中电丰业技术开发有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/22