电解甲醛产氢催化剂及其制备方法与流程

本申请属于催化剂及能源催化，尤其涉及一种电解甲醛产氢催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、化石能源的日渐枯竭及其大量使用所引发的环境问题正被广泛关注。氢气作为高效的储能物质，因其储能效率高和绿色无污染等特点成为人们重点关注的可替代能源。在众多制氢方法中，电解水制氢法一直被认为是最有潜力的制氢方法。然而，由于电解水制氢过程中析氧反应(oer)涉及四电子转移，反应过程中热力学和动力学非常缓慢，因此需要较高的氧化电位(1.23v vs.rhe)才能发生电解水过程，并且能量转换效率低。此外，oer的产物氧气不仅增加分离难度，而且容易引发易爆炸等问题，这严重限制了电解水制氢的实际应用。

2、因此，有必要开发一种热力学更快的甲醛氧化反应(for)来替代oer的电解甲醛产氢催化剂。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种电解甲醛产氢催化剂及其制备方法，旨在解决现有的电解水制氢过程中电位高、产物分离难以及氢气纯度不高的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种电解甲醛产氢催化剂，包括碳基底和负载于碳基底上的viii族过渡金属氧化物，且viii族过渡金属氧化物的表面负载有ib族过渡金属。

4、第二方面，本申请提供一种电解甲醛产氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：

5、将碳基底置于viii族过渡金属源溶液中进行电沉积处理，得到负载有viii族过渡金属氢氧化物的碳基底；

6、将负载有viii族过渡金属氢氧化物的碳基底进行第一煅烧处理，得到负载有viii族过渡金属氧化物的碳基底；

7、将负载有viii族过渡金属氧化物的碳基底置于还原剂溶液中进行还原反应，然后置于ib族过渡金属源溶液中进行置换反应，得到电解甲醛产氢催化剂。

8、与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

9、本申请第一方面提供的电解甲醛产氢催化剂，包括碳基底和负载于碳基底上的viii族过渡金属氧化物，viii族过渡金属氧化物作为电子传输介质，且由于viii族过渡金属氧化物的表面负载有ib族过渡金属，ib族过渡金属可以在极低电位下发生零价态到高价态的转变，高价态的ib族过渡金属离子对甲醛具有催化氧化性能，在催化氧化甲醛后，ib族过渡金属离子回归到零价态，然后继续新的循环，因此本申请电解甲醛产氢催化剂具有特殊结构，能够在极低电位下氧化甲醛实现产氢，同时生成具有附加价值的甲酸盐产物，并且阴极、阳极产氢的法拉第效率都接近100％，不仅降低了反应能耗，而且有效提高反应产物的价值，还能有效避免oer产物o2带来的分离困难和易爆炸等问题。此外，因其高效的电子传输效率、生产成本低、稳定性好，产物易分离等特点，使其在电解甲醛制氢方面具有更好的商业价值和应用前景。

10、本申请第二方面提供的电解甲醛产氢催化剂的制备方法，通过将碳基底置于viii族过渡金属源溶液中进行电沉积处理，在碳基底上生长viii族过渡金属氢氧化物，然后将负载有viii族过渡金属氢氧化物的碳基底进行第一煅烧处理，使碳基底上的viii族过渡金属氢氧化物转化为viii族过渡金属氧化物，再将负载有viii族过渡金属氧化物的碳基底置于还原剂溶液中进行还原反应，使过viii族渡金属氧化物中的部分viii族过渡金属还原为单质，形成氧空位(vo)，最后置于ib族过渡金属源溶液中进行置换反应，viii族过渡金属单质将ib族过渡金属源溶液中ib族过渡金属置换出来，负载在viii族过渡金属氧化物的表面，得到负载均匀和结合稳定的电解甲醛产氢催化剂；此外，本申请提供的电解甲醛产氢催化剂的制备方法工艺简单，适用于工业化大规模生产和应用。

技术特征：

1.一种电解甲醛产氢催化剂，其特征在于，包括碳基底和负载于所述碳基底上的viii族过渡金属氧化物，且所述viii族过渡金属氧化物的表面负载有ib族过渡金属。

2.如权利要求1所述的电解甲醛产氢催化剂，其特征在于，所述viii族过渡金属氧化物中的viii族过渡金属与所述ib族过渡金属的质量比为(0.1～0.15)∶1；和/或

3.如权利要求2所述的电解甲醛产氢催化剂，其特征在于，所述viii族过渡金属氧化物为氧化镍纳米片；和/或

4.如权利要求3所述的电解甲醛产氢催化剂，其特征在于，所述氧化镍纳米片的宽度为1～2nm，厚度为15～25nm。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的电解甲醛产氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积处理的步骤包括：以所述碳基底为工作电极，在对电极和参比电极的参与下，以所述viii族过渡金属源溶液为电解液，组成三电极电解池，进行电解反应。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述对电极为铂片；和/或

8.如权利要求5～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一煅烧处理的温度为250～350℃，时间为3～4h；和/或

9.如权利要求5～7任一项所述的制备方法，其特征在于，将碳基底置于viii族过渡金属源溶液中进行电沉积处理的步骤之前，还包括对碳基底进行浸泡处理和第二煅烧处理。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡处理的步骤包括：将碳基底置于酸性溶液中浸泡1～2h；和/或

技术总结
本申请涉及催化剂及能源催化技术领域，提供了一种电解甲醛产氢催化剂及其制备方法，包括碳基底和负载于碳基底上的VIII族过渡金属氧化物，且VIII族过渡金属氧化物的表面负载有IB族过渡金属。本申请提供的电解甲醛产氢催化剂，所含的VIII族过渡金属氧化物作为电子传输介质，且由于VIII族过渡金属氧化物的表面负载有IB族过渡金属，IB族过渡金属可以在极低电位下发生零价态到高价态的转变，对甲醛具有催化氧化性能，在催化甲醛氧化后又回归到零价态继续新的循环，因此本申请电解甲醛产氢催化剂能够在极低电位下促进反应，在阳极产生甲酸盐和H<subgt;2</subgt;，反应产物价值高，能耗低，且成本低、稳定性好以及产物易分离等，应用前景好。

技术研发人员：张岩,陈杰安,廖三阳子,廖志鹏
受保护的技术使用者：深圳湾实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14