一种CuNi合金植入的NiVOx异质催化剂的制备及其电解水制氢应用

本发明属于电化学催化水分解制氢领域，具体涉及了一种cuni合金植入的nivox异质催化剂的制备及其在电解水制氢领域内的应用。

背景技术：

1、化石燃料消耗的增加和全球环境问题促进了清洁能源的开发和研究。氢是一种很有前途的化石燃料替代品，也是减少温室气体排放的理想二次能源。在目前的制氢策略中，电解水因其反应物可重复使用、生产安全、产品纯度高和产率稳定等优势，被认为是不可缺少的有效途径。目前，铂基贵金属催化剂是公认的最有效的her电催化剂，但其高昂的成本和不稳定性阻碍了其大规模实际应用。因此，开发经济、高效和可持续的电解水制氢催化剂是当务之急。近年来，人们在开发镍基过渡金属催化剂方面做了大量的工作。尽管如此，很少有镍基催化剂可以与铂基催化剂相媲美。因此，设计一种高效、可持续的镍基her催化剂用于电解水制氢具有重要意义。基于此，我们提出了一种简便快速的两步电沉积方法来实现cuni合金植入的nivox异质催化剂的可控合成。细小纳米片的形貌结构使得cuni-nivox具有高比表面积，有利于活性位点的暴露。另外金属（cu，v）的掺杂，以及cuni-nivox中的异质界面调节了催化剂的电子结构，优化了金属位点对氢的吸附强度，从而大大增加了催化剂活性位点的密度。且电化学测试表明cuni-nivox催化剂具有卓越的析氢反应活性（η10=8mv）和长时间稳定性。

技术实现思路

1、本发明公开了一种电解水制氢催化剂的制备方法，其可以实现高效的电解水制氢。

2、本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，其特征在于具体过程为：

3、步骤1）：cuni合金的制备：饱和甘汞电极（sce）、石墨棒电极和基底分别作为参比电极、对电极和工作电极。将含有铜盐、镍盐和硼酸的水溶液作为电解液。采用脉冲伏安法，在-0.5 ~ -1.5 v（vs. sce）的电位范围内，室温合成了cuni合金。然后洗涤并干燥，获得cuni合金；

4、步骤2）：cuni-nivox催化剂的制备：饱和甘汞电极（sce）、石墨棒电极和生长cuni合金的基底分别作为参比电极、对电极和工作电极。将含有钒元素、镍盐和硼酸的水溶液作为电解液。采用计时电流法在-2 v（vs. sce）电沉积2-20分钟，室温合成了cuni-nivox。将反应后的产物清洗后进行干燥。

5、进一步限定，步骤1中铜盐与镍盐含量比为1:1。

6、进一步限定，步骤2中电沉积时间为10分钟。

7、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提出了一个简单且快速的方法合成cuni合金植入的nivox异质催化剂（cuni-nivox）。纳米片结构保证了活性部位的暴露，为催化反应提供了充足的比表面积；另外，钒和铜的掺杂，以及催化剂中的异质界面协同调节了催化剂的电子结构，优化了金属位点对氢的吸附强度，大大增加了催化剂活性位点的密度，从而增强了催化剂的电解水析氢反应活性。

技术特征：

1.一种电解水制氢催化剂，其特征在于，采用如下工艺制备：

2.根据权利要求1所述的电解水制氢催化剂，其特征在于，所述的基底选自碳纸、泡沫镍，碳布和导电玻璃。

3.根据权利要求1所述的电解水制氢催化剂，其特征在于，步骤1和步骤2中的镍盐包括氯化盐，硫酸盐，硝酸盐等一种或两种以上金属盐。

4.根据权利要求1所述的电解水制氢催化剂，其特征在于，步骤1中的铜盐包括氯化盐，硫酸盐，硝酸盐等一种或两种以上金属盐。

5.根据权利要求1所述的电解水制氢催化剂，其特征在于，步骤2中的钒源包括原钒酸钠、偏钒酸钠、焦钒酸钠，氯化钒和偏钒酸铵等一种或两种以上。

6.根据权利要求1所述的电解水制氢催化剂，其特征在于，步骤1）铜盐的物质的量为0.1 - 2 mmol；步骤1）镍盐的物质的量为0.1 - 2 mmol；步骤2）钒源的物质的量为0.1 - 1mmol；步骤2）镍盐的物质的量为4.0 - 20.0 mmol。

7.按照权利要求1-6项所述的制备方法得到的电解水制氢催化剂。

技术总结本发明公开了一种CuNi合金植入的NiVO<subgt;x</subgt;异质催化剂（CuNi‑NiVO<subgt;x</subgt;）的制备方法及其在电解水制氢方面的应用。所述的电解水制氢催化剂制备过程如下：通过电沉积方法在泡沫镍上制备CuNi合金，之后在其基础上进行第二步电沉积NiVO<subgt;x</subgt;步骤，得到CuNi合金植入的NiVO<subgt;x</subgt;异质催化剂CuNi‑NiVO<subgt;x</subgt;。该合成方法简单快速，且所合成的CuNi‑NiVO<subgt;x</subgt;催化剂经过电化学测试发现其具有优异的HER催化性能，在较低的过电位下具有较高的电流密度，甚至优于商业Pt/C催化剂。此外，该催化剂具有良好的长时间稳定性。技术研发人员：赵红,武莹,李增喜受保护的技术使用者：中国科学院大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4