一种氯碱工业用Co-N-C活性阴极及其制备方法和应用与流程

本发明属于氯碱工业，具体涉及一种氯碱工业用co-n-c活性阴极及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着现代经济的迅猛发展，人们对于能源的需求日益增加，并且不管是开发还是利用能源，都会对于环境造成一定程度的污染，比如煤炭、石油等化石能源，在开发过程中不可避免地会影响生态环境，并且在使用的过程中也会排放出有害气体，且其储量日益枯竭，严重妨碍了社会的快速发展。而氢能源，依靠燃烧氢气或者通过质子交换膜进行反应，其反应产物只有水，并且可以通过电解水技术再次生成氢气进行能源储存，因此氢能源这种清洁能源是代替传统化石能源的一大研究热点。

2、氯碱工业是我国重要的化工行业，指的是工业上用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氢氧化钠（naoh）、氯气（cl2）和氢气（h2），并以它们为原料生产一系列化工产品。在氯碱工业不可替代的前提下，如何降低能耗，优化资源利用，是氯碱工业未来可持续发展优先解决的问题。现有的氯碱工业阴极析氢催化剂催化反应速率较慢，因此寻找高效易制备的优异氯碱工业阴极催化剂对提高氯碱工业的经济效益和可持续性至关重要。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明提供了一种氯碱工业用co-n-c活性阴极及其制备方法和应用，制备的co-n-c活性阴极能够在氯碱工业的强碱性条件下高效稳定工作析氢，催化活性高，耐强碱性，制备过程简单，成本低。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种氯碱工业用co-n-c活性阴极的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将钴盐、锌盐在甲醇中溶解形成均一的溶液；

5、（2）将2-甲基咪唑在甲醇中溶液形成2-甲基咪唑甲醇溶液；

6、（3）将步骤（2）中的2-甲基咪唑甲醇溶液快速加入至步骤（1）溶液中，混合均匀，室温下搅拌反应，反应结束后固液分离，洗涤、干燥固体；

7、（4）步骤（3）干燥后的固体置于管式炉中，在管式炉中通入氮气，升温至900-1000℃并保温3-4小时后，冷却至室温，得到氯碱工业用co-n-c活性阴极。

8、进一步地，所述的钴盐为六水合硝酸钴，锌盐为六水合硝酸锌；六水合硝酸钴、六水合硝酸锌和2-甲基咪唑的质量比为1:60:120-132。

9、进一步地，步骤（1）和步骤（2）中甲醇的体积比为1：1。

10、进一步地，步骤（3）中搅拌反应的时间为24-30h，搅拌转速为1000-1500rpm。

11、进一步地，步骤（3）固液分离后的固体用甲醇洗涤，洗涤后置于70-80℃的烘箱中干燥10-12h。

12、进一步地，步骤（4）中的升温速率为3-5℃/min。

13、本发明中，所述的制备方法制备得到的氯碱工业用co-n-c活性阴极。

14、本发明中，所述的氯碱工业用co-n-c活性阴极在氯碱工业电解反应中的应用。

15、本发明取得的有益效果为：

16、（1）本发明以2-甲基咪唑为配体，利用zn离子和co离子与2-甲基咪唑的强配位效应，形成co掺杂的金属有机骨架（mof）前驱体，其具有良好的多面体形貌，金属原子被均匀地分散在其中；co掺杂的金属有机骨架（mof）前驱体采用高温热解法转变为co-n-c纳米结构，高温热解过程中，前驱体中的zn在900℃保温时将被蒸发，这样会形成许多孔隙，增大材料的比表面积，暴露出更多的co活性位点，有利于反应时的电子传质，从而提高her催化性能；

17、（2）本发明制备的氯碱工业用co-n-c活性阴极在氯碱工业的强碱性电解液中，表现出了优异的电催化析氢性能，其过电位仅为210 mv,优于氯碱工业常用的阴极催化剂镍网、钛网、低碳钢，且制备成本低廉，合成方法简单，利于大批量生产，在氯碱工业领域有着很大的应用前景。

技术特征：

1.一种氯碱工业用co-n-c活性阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氯碱工业用co-n-c活性阴极的制备方法，其特征在于，所述的钴盐为六水合硝酸钴，锌盐为六水合硝酸锌；六水合硝酸钴、六水合硝酸锌和2-甲基咪唑的质量比为1:60:120-132。

3.根据权利要求1所述的氯碱工业用co-n-c活性阴极的制备方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（2）中甲醇的体积比为1：1。

4.根据权利要求1所述的氯碱工业用co-n-c活性阴极的制备方法，其特征在于，步骤（3）中搅拌反应的时间为24-30h，搅拌转速为1000-1500rpm。

5.根据权利要求1所述的氯碱工业用co-n-c活性阴极的制备方法，其特征在于，步骤（3）固液分离后的固体用甲醇洗涤，洗涤后置于70-80℃的烘箱中干燥10-12h。

6.根据权利要求1所述的氯碱工业用co-n-c活性阴极的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的升温速率为3-5℃/min。

7.一种权利要求1~6任一项所述的制备方法制备得到的氯碱工业用co-n-c活性阴极。

8.一种权利要求7所述的氯碱工业用co-n-c活性阴极在氯碱工业电解反应中的应用。

技术总结本发明公开了一种氯碱工业用Co‑N‑C活性阴极及其制备方法和应用，属于氯碱工业技术领域。将钴盐、锌盐在甲醇中溶解形成均一的溶液；将2‑甲基咪唑在甲醇中溶液形成2‑甲基咪唑甲醇溶液；2‑甲基咪唑甲醇溶液快速加入至均一的溶液中，混合均匀，室温下搅拌反应，反应结束后固液分离，洗涤、干燥固体；置于管式炉中，在管式炉中通入氮气，升温至900‑1000℃并保温3‑4小时后，冷却至室温，得到氯碱工业用Co‑N‑C活性阴极。本发明制备的氯碱工业用Co‑N‑C活性阴极在氯碱工业的强碱性电解液中，表现出了优异的电催化析氢性能，且制备成本低廉，合成方法简单，利于大批量生产，在氯碱工业领域有着很大的应用前景。技术研发人员：姚娅,王东海,周荣奇,李大婷,华艳飞,朱昕月受保护的技术使用者：氢力新材料（山东）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2