一种ZnCo(OH)F-S/NF电催化析氢电极及其制备方法

本发明公开了一种阴阳离子共掺杂氟化羟基钴电催化析氢催化电极的制备方法。此方法属于能源转换领域。

背景技术：

1、传统化石燃料的大量消耗导致环境问题不断加剧，因此人们迫切需要寻找可持续发展的清洁能源。氢能具有高能量密度且环境友好的特点，被认为是未来能源结构的重要组成部分。在众多的氢能源获取方法中，电解水制氢技术受到人们的广泛关注。这种方法操作简便且对环境友好，因此电催化析氢被认为是一种很有应用前景的技术。铂(pt)、钌(ru)等贵金属及其化合物具有较高的理论活性，然而由于储量较低、价格较高等原因，严重阻碍了大规模经济制氢的发展。因此，开发出高催化活性、价格低廉且稳定的催化剂是当今电解水制氢领域的热点。目前，现有国内外发明专利中关于非贵金属析氢催化剂报道大多采用铁、钴、镍、钼、钨的硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、磷化物等。这些催化剂一般在酸性电解液中具有较好的催化活性，但在碱性电解液中性能较差。一般达到10ma/cm2的电流密度所需要的过电位超过100mv；tafel斜率超过90mv/dec这大大增加了生产能耗。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种znco(oh)f-s/nf析氢催化电极的制备方法。该电极采用水热反应和室温液态浸渍相结合的方法制备。

2、一种znco(oh)f-s/nf析氢催化电极的制备方法，它是按以下步骤进行的：

3、一、将氟化铵和尿素分别溶于水中，制得浓度为0.01mol/l的氟化铵溶液和0.012mol/l的尿素溶液，将上述两种溶液混合均匀得到溶液a；

4、二、将六水合硝酸钴和六水合硝酸锌加入溶液a中搅拌均匀形成溶液b，制得的溶液b中硝酸钴和硝酸锌的总浓度为0.075mol/l。；

5、三、将混合溶液b转移到反应釜当中，加入一片泡沫镍，密封后进行水热反应，反应温度为90～120℃，反应时间为5～10h，得到znco(oh)f/nf；

6、四、将硫化钠九水合物溶于水中，制得浓度为0.1mol/l的硫化钠溶液，将第三步得到的znco(oh)f/nf浸泡于此硫化钠溶液中，在室温下浸泡0.5～3小时，取出洗涤干燥后得到znco(oh)f-s/nf析氢催化电极。

7、与现有的技术相比，本发明的有益效果为：该制备方法简单、重复性强，适合推广应用；与以往报道的催化剂的化学组分不同，所得的催化电极以氢氧化钴作为主要组分，并掺杂了zn阳离子与f、s阴离子，并直接生长在泡沫镍上用于催化析氢电极；该催化析氢电极在碱性电解液中具有优异的催化性能，达到10ma/cm2的催化电流密度所需要的过电位为55mv，tafel斜率为56.9mv/dec，可与目前常用的贵金属铂催化剂媲美(37mv，52.3mv/dec)，同时优于已报道的绝大多数非贵金属析氢催化剂。并且解决了电解水制氢催化剂在碱性电解质中催化活性低的问题。

技术特征：

1.一种znco(oh)f-s/nf电催化析氢电极的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：

2.如权利要求1所述的一种znco(oh)f-s/nf电催化析氢电极的制备方法，其特征在于：步骤二所述的六水合硝酸钴和六水合硝酸锌摩尔比为1：(0.01～0.09)，制得的溶液中硝酸钴和硝酸锌的总浓度为0.075mol/l。

3.如权利要求1所述的一种znco(oh)f-s/nf电催化析氢电极的制备方法，其特征在于步骤三所述的水热反应温度为90～120℃，反应时间为5～10h。

技术总结本发明属于电解水制氢催化剂领域，提供了一种ZnCo(OH)F‑S/NF电催化析氢电极及其制备方法。包括：将尿素、氟化铵、Co盐、Zn盐溶解在水中，形成混合溶液，将此混合溶液加入到水热反应釜中，然后加入泡沫镍，进行水热反应，得到ZnCo(OH)F/NF；将所述ZnCo(OH)F/NF干燥后在室温下浸渍于硫化钠水溶液中进行原位硫掺杂，即得到ZnCo(OH)F‑S/NF催化电极。本发明制备得到的析氢催化电极合成工序简单且组分易于调控，在碱性电解液中具备优异的催化活性和稳定性，可重复性强，适合推广应用。技术研发人员：李楠,王琳,高兴蕾受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6