哈工大熊岳平：一种氮和硫原位共掺杂镍钴基碳纤维电解水催化剂

易丝帮讯 近日，哈尔滨工业大学熊岳平老师等人涉及公开一种镍钴基碳纤维电解水催化剂及其制备方法。该发明为了解决现有氢气制备时电解效率低和所采用的催化剂的稳定性差的问题。催化剂由碳纤维基体和纳米颗粒构成；纳米颗粒负载在碳纤维基体内部及表面。制备方法：按照分子式NixCoyNz和NiaCobSxc中各元素的摩尔比称取硝酸镍、硝酸钴和硫代酰胺化合物，再加入聚乙烯吡咯烷酮得到前驱液；进行静电纺丝；最后进行高温烧结。该发明为氮和硫原位共掺杂镍钴基碳纤维电解水催化剂材料，具有较好的催化剂的活性和稳定性。还具有氢析出和氧析出的双功能催化，电解效率高达95％。该发明适用于制备电解水催化剂。

随着能源危机以及环境污染的日益加剧，各种新能源和可再生能源的开发已受到世界各国的高度重视，风能、太阳能和水力等绿色可再生能源给人们解决能源危机带来了希望。绿色可再生能源大都具有时空分布不均的特点，这就要求我们能够对这些能源进行有效的捕集、存储、运输和转化，从而满足不同地点、时段的需求。而氢气作为二次能源以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视为最为理想的能源载体。

目前，工业上氢气制备时广泛使用低碳钢阴极和镀镍阴极，但是碳钢阴极和镀镍阴极的电解效率很低，仅为50％。而贵金属Pt、Rh、Pd等作为催化剂材料具有优良的电催化活性，但成本太高，无法推广。贵金属催化剂反应一段时间后容易团聚，分散性不好，进而导致催化剂结构发生变化，影响其催化性能；因此，开发电解效率高，电解水过电位低的新型非贵金属催化剂材料也就成为了各国科研工作者竞相研究的热门课题。在众多的催化剂中，非金属/过渡金属共掺杂碳材料被认为是最理想的贵金属基催化剂的替代者，这主要是由于其具有较低的价格和较高的催化活性。

图1 催化剂的SEM图；

图2 催化剂的TEM图；

图3 催化剂在碱性条件下的氧析出性能曲线图；

图4 催化剂在碱性条件下的氢析出性能曲线图。

　该发明具有有益效果：1、该发明采用静电纺丝技术制备了氮和硫原位共掺杂镍钴基碳纤维电解水催化剂材料，是一种简单而有效的制备方法。2、该发明在纺丝液中加入了兼具螯合作用、硫化作用、氮化作用的硫代乙酰胺或硫代乙酰胺衍生物，既实现了对过渡金属的活性中心的氮化和硫化，同时，实现了后期静电纺丝过程中金属粒子在纳米纤维上的均匀分散，得到平均粒径为5nm的纳米颗粒，增加了活性面积。 3、该发明在实际生产过程中节省成本，降低工序复杂度，简化设备和工艺的要求，更好地实现大规模应用；4、该发明得到的催化剂实现了氢析出和氧析出的双功能催化，电解效率高达95％；具有实际应用的潜能。

附：专利信息

专利名 一种氮和硫原位共掺杂镍钴基碳纤维电解水催化剂及其制备方法

申请公布号 CN 109046426 A

申请公布日 2018.12.21

申请号 201810929805 .2

申请日 2018 .08 .15

申请人 哈尔滨工业大学

发明人 熊岳平　刘超军　王状　宗鑫　李栋

链接地址：http://www.espun.cn/news/detail-595.html

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