一种铜基电解水催化剂及其制备方法与流程

本发明属于电解水领域，具体地涉及一种铜基电解水催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、目前，能源问题和环境问题已成为制约经济可持续发展的关键。其中，电解水产氢被认为是解决上述问题的最有效途径之一。水分解反应包含两个半反应，氧析出反应(oer)和氢析出反应(her)，然而由于阳极氧析出反应是动力学缓慢的四电子反应，需要更大的过电位来驱动，巨大的能量消耗限制了其工业化应用。电催化剂能够很大程度上降低电解水过电位。从理论上来说，贵金属基催化剂由于具有最为合适的氢(氧)吸附自由能值，被认为是性能最好的电解水催化剂，但高昂的价格和极少的储量限制了其大规模应用。因此，探索高活性、高稳定性的非贵金属催化剂成为实现电解水产业化的必经之路。

2、最近几年，非贵金属oer催化剂的研究越来越多的关注于ni、co、fe、mn四种元素的氢氧化物、氧化物、硫化物、磷化物以及经特殊设计的碳材料上。但是，这些催化剂的制备往往过程繁琐，对设备要求高，经济性不高，也不易产业化。

3、cu基材料由于地球储量丰富、价格便宜、合成简单、化合物种类和形貌多样，是合成复合材料的很好的模板和前驱体，但对于cu基材料的研究更多的聚焦于它的氧化物(cuo和cu2o)、氢氧化物以及单质合金等，而对于其卤化物的研究相对较少，cucl材料在电催化领域的应用少之又少。现阶段，对于cucl的研究，主要集中在锂离子电池、传感等领域，将其直接用作oer的电催化剂鲜有报道。同时，现阶段cucl材料的合成过程往往比较复杂，如cu单晶/氯气真空反应、高温离子注入、电化学法、水热法等，既要投入高昂的成本，又不利于放大和产业化应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电催化活性好的铜基电解水催化剂及其制备方法。

2、本发明的第一方面，提供了一种铜基催化剂的制备方法，包括步骤：

3、(1)将泡沫铜浸入cucl2水溶液中，经过反应，制备得到表面附着有cucl纳米立方块的泡沫铜cucl/cf；

4、(2)将cucl/cf浸入金属元素m的氯化物的水溶液中，滴加na2s2o3水溶液，经过反应，制备得到所述铜基催化剂，所述铜基催化剂为表面生长有金属元素m的氢氧化物纳米片的cucl纳米立方块；

5、所述金属元素m选自co、ni和fe中的一种或多种。

6、在一个或多个实施方案中，cucl2水溶液的浓度为0.01～0.5mol/l。

7、在一个或多个实施方案中，na2s2o3水溶液的浓度为0.1～5mol/l。

8、在一个或多个实施方案中，将na2s2o3水溶液加入到金属元素m的氯化物的水溶液中后，na2s2o3在所述金属元素m的氯化物的水溶液中的浓度为0.01～0.5mol/l。

9、在一个或多个实施方案中，在所述金属元素m的氯化物的水溶液中，金属元素m的氯化物的浓度为0.01～0.5mol/l。

10、在一个或多个实施方案中，所述金属元素m为co。

11、在一个或多个实施方案中，步骤(1)中，反应在-20～50℃下进行，和/或反应进行1～60分钟。

12、在一个或多个实施方案中，步骤(2)中，反应在-20～50℃下进行，和/或滴加完na2s2o3水溶液后反应进行1～60分钟。

13、在一个或多个实施方案中，所述cucl纳米立方块的粒径为50～200nm。

14、本发明的第二方面，提供了一种使用第一方面所述的方法制备得到的铜基催化剂。

15、本发明的第三方面，提供了一种用于电解水的铜基催化剂，所述催化剂为表面生长有金属元素m的氢氧化物纳米片的cucl纳米立方块。

16、在一个或多个实施方案中，所述cucl纳米立方块的粒径为50～200nm。

17、本发明的第四方面，提供了一种含有第二方面或第三方面所述的铜基催化剂的电解水极片。

技术特征：

1.一种铜基催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一项或多项特征：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属元素m为co。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，反应在-20～50℃下进行，和/或反应进行1～60分钟。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，反应在-20～50℃下进行，和/或滴加完na2s2o3水溶液后反应进行1～60分钟。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述cucl纳米立方块的粒径为50～200nm。

7.一种使用权利要求1～6中任一项所述的方法制备得到的铜基催化剂。

8.一种用于电解水的铜基催化剂，其特征在于，所述催化剂为表面生长有金属元素m的氢氧化物纳米片的cucl纳米立方块。

9.如权利要求8所述的铜基催化剂，其特征在于，所述cucl纳米立方块的粒径为50～200nm。

10.一种含有权利要求7～9中任一项所述的铜基催化剂的电解水极片。

技术总结本发明提供了一种铜基催化剂的制备方法，具体地，包括步骤：(1)将泡沫铜浸入CuCl2水溶液中，经过反应，制备得到CuCl/CF；(2)将CuCl/CF浸入金属元素M的氯化物的水溶液中，滴加Na2S2O3水溶液，经过反应，制备得到所述铜基催化剂，所述铜基催化剂为表面生长有金属元素M的氢氧化物纳米片的CuCl纳米立方块。本发明首次将表面生长有金属元素M的氢氧化物纳米片的CuCl纳米立方块应用于OER电催化剂领域，该材料表现出优异的电催化活性和良好的催化动力学。技术研发人员：王迪,霍涛涛,占莎,蒋治亿受保护的技术使用者：江苏天合储能有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9