一种碳材料负载合金电催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于电催化剂制备，特别涉及一种碳材料负载合金电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着能源需求迅速增加，化石燃料的过渡使用造成环境恶化，以使大气中的二氧化碳浓度不断增加，进而导致在可持续发展的进程中，面临的最严重挑战是能源节约和环境保护；近年来广大科研工作者在寻求高效、清洁和可再生能源上取得了显著的进展。

2、氢能作为一种清洁、高效、可再生及可储存的清洁能源，且电解水作为一种可持续制备氢气的方法受到广大科研工作者的青睐；但电解水的过程，需要在强酸强碱的环境中进行以及缓慢的析氧反应(oer)；因此，寻求高效稳定的催化剂显得尤为重要；其中，在酸性条件下，一般采用贵金属，例如ruo2、iro2和pt/c作为析氧反应的高效且稳定催化剂的代表，但上述贵金属在自然界中储量稀缺，价格昂贵；因此，寻找可代替贵金属的催化剂具有重要的现实意义；已有研究表明：过渡金属和其对应的磷化物、硫化物、氮化物、硒化物和不同金属组成的合金具有较高的催化活性；在催化剂中引入合适的碳材料不仅能够通过提高活性组分的分散性来增加活性位点的数目；而且能够利用碳材料与其他金属或其他金属原子之间的配位提高复合催化剂的本征活性和稳定性；因此在碳材料上负载或在碳材料中掺杂其他元素成为电催化剂研究的热点。

3、目前，制备碳基材料电催化剂的方法，大多通过将前驱体在特定气氛下通过程序升温达到一定温度下进行长时间保温，然后随炉冷却来达到碳化；这样不仅延长了材料制备的周期，而且消耗大量的能源；因此，需要改变材料制备方法，以达到快速制备及高效节能的目标。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种碳材料负载合金电催化剂及其制备方法和应用，以解决现有的碳基材料电催化剂的制备周期长，且需要消耗大量的能源的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，以有机金属盐或有机高分子材料作为碳源，以无机金属盐作为金属源；将所述碳源与所述金属源混合，获得混合物；利用闪烧法对所述混合物进行煅烧处理，获得所述碳材料负载合金电催化剂。

4、进一步的，具体包括以下步骤：

5、步骤1、将所述碳源、所述金属源与第一分散剂混合，超声分散，获得悬浮液；

6、步骤2、对所述悬浮液进行旋蒸处理，获得粉末样品；

7、步骤3、利用闪烧法，对所述粉末样品进行煅烧处理，冷却至室温，获得初始产物；

8、步骤4、将所述初始产物进行研磨后加入第二分散剂，超声分散处理后，洗涤，冷冻干燥，得到所述的碳材料负载合金电催化剂。

9、进一步的，步骤1中，所述第一分散剂为丙酮；步骤4中，所述第二分散剂为水。

10、进一步的，步骤3中，利用闪烧法，对所述粉末样品进行煅烧处理，冷却至室温，获得初始产物的过程，具体如下：

11、将所述粉末样品置于煅烧气氛下静置处理后，将所述粉末样品从室温条件下推送至预设温度的煅烧炉中进行预设时间的煅烧处理，之后移出冷却至室温，获得所述初始产物；

12、其中，所述预设温度为700-1100℃，所述预设时间为1-5min。

13、进一步的，所述煅烧气氛为氨气气氛、氮气气氛和氩气气氛中的一种。

14、进一步的，所述有机金属盐为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸二钠钴盐、乙二胺四乙酸二钠铁盐、氯乙酸钠、对氨基苯甲酸钠、苯甲酸钠、十二烷基苯磺酸钠、异烟酸钠和抗坏血酸钠中的一种。

15、进一步的，所述有机高分子材料为葡萄糖、甲壳素和海藻酸钠中的一种。

16、进一步的，所述无机金属盐为氯化钌、硝酸钴、醋酸钴、氯化钴、硝酸镍、氯化镍、硝酸铁、氯化铁、硝酸锰、氯化锰、硝酸铜、氯化铜、硝酸银、氯化铱、氯铂酸和氯钯酸中的一种或多种。

17、本发明还提供了一种碳材料负载合金电催化剂，所述碳材料负载合金电催化剂利用所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法制备得到。

18、本发明还提供了一种碳材料负载合金电催化剂的应用，所述碳材料负载合金电催化剂作为电催化剂的应用。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、本发明提供了一种碳材料负载合金电催化剂及其制备方法和应用，以有机金属盐或有机高分子材料作为碳源，以无机金属盐作为金属源，通过闪烧法进行煅烧处理，反应过程直接从室温过渡到预设的煅烧温度下迅速反应，省去了程序升温、长时间保温以及程序降温的过程，显著的缩短了材料制备周期和减少能源消耗；制备工艺简单、反应迅速高效以及可以实现连续操作，易于批量生产因此具有较大的工业化生产前景；其次，通过引入有机金属盐或有机高分子材料作为碳源，为电催化剂提供了碳材料，增加了活性位点的数目，且碳材料与金属或金属原子之间的配位作用，能够有效提高催化剂的本征活性和稳定性；因此，所述电催化剂具有比表面积大、催化活性高及物理化学稳定性能好的特点。

技术特征：

1.一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，以有机金属盐或有机高分子材料作为碳源，以无机金属盐作为金属源；将所述碳源与所述金属源混合，获得混合物；利用闪烧法对所述混合物进行煅烧处理，获得所述碳材料负载合金电催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述第一分散剂为丙酮；步骤4中，所述第二分散剂为水。

4.根据权利要求2所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，利用闪烧法，对所述粉末样品进行煅烧处理，冷却至室温，获得初始产物的过程，具体如下：

5.根据权利要求4所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，所述煅烧气氛为氨气气氛、氮气气氛和氩气气氛中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机金属盐为乙二胺四乙酸二钠、乙二胺四乙酸二钠钴盐、乙二胺四乙酸二钠铁盐、氯乙酸钠、对氨基苯甲酸钠、苯甲酸钠、十二烷基苯磺酸钠、异烟酸钠和抗坏血酸钠中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，所述有机高分子材料为葡萄糖、甲壳素和海藻酸钠中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法，其特征在于，所述无机金属盐为氯化钌、硝酸钴、醋酸钴、氯化钴、硝酸镍、氯化镍、硝酸铁、氯化铁、硝酸锰、氯化锰、硝酸铜、氯化铜、硝酸银、氯化铱、氯铂酸和氯钯酸中的一种或多种。

9.一种碳材料负载合金电催化剂，其特征在于，所述碳材料负载合金电催化剂利用如权利要求1-8任意一项所述的一种碳材料负载合金电催化剂的制备方法制备得到。

10.如权利要求9所述的一种碳材料负载合金电催化剂的应用，其特征在于，所述碳材料负载合金电催化剂作为电催化剂的应用。

技术总结本发明公开了一种碳材料负载合金电催化剂及其制备方法和应用，方法包括：以有机金属盐或有机高分子材料作为碳源，以无机金属盐作为金属源；将所述碳源与所述金属源混合，获得混合物；利用闪烧法对所述混合物进行煅烧处理，获得所述碳材料负载合金电催化剂；本发明反应过程直接从室温过渡到预设的煅烧温度下迅速反应，省去了程序升温、长时间保温程序降温，显著的缩短了材料制备周期和减少能源消耗；制备工艺简单、反应迅速高效以及可以实现连续操作，易于批量生产因此具有较大的工业化生产前景。技术研发人员：杨裕民,李俊菀,胡振华,龙国军,孟龙,姬定西,王园园受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/22