一种由钠电正极材料制备电催化剂的方法、电催化剂及其应用与流程

本发明涉及催化材料，具体而言，涉及一种由钠电正极材料制备电催化剂的方法、电催化剂及其应用。

背景技术：

1、电解水制氢是一种理想的低碳绿色氢能的可持续策略，但电解水制氢(her，阴极反应)的同时伴随着阳极的析氧反应(oer)，该析氧反应属于四电子转移过程，其动力学相对缓慢，限制了电解水制氢能效的提升。目前，大量研究集中于开发价廉、质优的催化材料以代替价格昂贵的商业化析氧催化剂(ir、ru基氧化物催化材料)。

2、在各种价廉金属基析氧反应电催化剂中，含有ni、fe、mn元素的独特二维层状结构的析氧剂(比如过渡金属层状双氢氧化物-ldhs)受到了广泛关注，但通过直接合成的方法所制备得到的过渡金属片状催化剂厚度较大、片层表面的活性位点暴露不充分、晶格缺陷难以调控等难题，限制了其催化活性的表达，导致其催化性能较弱。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种由钠电正极材料制备电催化剂的方法，该方法利用层状钠电正极材料的碱性和怕水的特性，通过酸碱中和脱钠、插层、剥离的方法制备电催化剂，酸碱中和反应能加速脱钠和质子插层进度，明显削弱脱钠后晶格层间的相互作用，同时酸性溶液还能对其离子起刻蚀作用，促进片层催化剂的缺陷产生，使其具有大的比表面积和优异的催化活性。

2、本发明的第二目的在于提供一种电催化剂，采用如上所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法制得。

3、本发明的第三目的在于提供一种如上所述的电催化剂在析氧催化中的应用。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、一种由钠电正极材料制备电催化剂的方法，包括以下步骤：

6、将层状钠电正极材料加入到酸性溶液中，经过浸泡脱钠、超声剥离、固液分离、洗涤和干燥即得所述电催化剂。

7、一种电催化剂，采用如上所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法制得。

8、如上所述的电催化剂在析氧催化中的应用。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

10、(1)本发明方法利用层状钠电正极材料脱钠后层间局增大、溶于液体中呈碱性、体相中钠离子极易与水发生质子交换脱钠的特性，将钠电正极材料置于酸性液体中，利用酸碱中和反应加速了脱钠和质子插层进度，明显削弱了脱钠后晶格层间的相互作用力，同时酸性溶液还起到了刻蚀作用，促进了片层催化剂的缺陷产生，制备的电催化剂比表面积大、暴露的活性位点多，具有优异的析氧催化活性。

11、(2)本发明提出了以层状钠电正极材料为原料的自上而下制备纳米片催化剂的新思路，反应条件温和、合成易操作，对新型催化剂材料设计具有重要的意义。

12、(3)本发明所制备的片状催化剂展现出大的比表面积和较低的析氧过电势，且脱钠反应有助于ni、fe、mn等可变价离子向更高价态转变，形成更多的缺陷以及配位不饱和位点，使片状催化剂蕴含更多活性位点，表现出优异的电解水析氧催化活性。

技术特征：

1.一种由钠电正极材料制备电催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法，其特征在于，所述钠电正极材料的化学式为naδniβfeαmnγtqo2，其中，t包括cu、co、sr、k、li、ca、zn、al、ti、ta、mg、nd、sn、la、w、nb、zr、b中的至少一种，0.5≤δ≤1.3,0≤β，α，γ，q≤1，β+α+γ+q＝1。

3.根据权利要求2所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法，其特征在于，所述钠电正极材料的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法，其特征在于，所述含ni和/或fe和/或mn和/或t元素的原料包括含相应金属元素的硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐、氯化盐、氧化物、氢氧化物、草酸盐、碱式碳酸盐、碳酸盐和柠檬酸盐中的至少一种；

5.根据权利要求1所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法，其特征在于，包含以下特征中的至少一种：

6.根据权利要求1所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法，其特征在于，所述浸泡脱钠的温度为25～200℃；

7.根据权利要求1所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法，其特征在于，所述超声剥离的超声功率为400～800w，所述超声剥离的时间为0.1～5h。

8.一种电催化剂，其特征在于，采用权利要求1～7任一项所述的由钠电正极材料制备电催化剂的方法制得。

9.根据权利要求8所述的电催化剂，其特征在于，包含以下特征中的至少一种：

10.权利要求8或9所述的电催化剂在析氧催化中的应用。

技术总结
本发明涉及催化材料技术领域，具体而言，涉及一种由钠电正极材料制备电催化剂的方法、电催化剂及其应用。制备方法包括以下步骤：将层状钠电正极材料加入到酸性溶液中，经过浸泡脱钠、超声剥离、固液分离、洗涤和干燥，即得。本发明利用层状钠电正极材料的碱性和怕水的特性，通过酸碱中和脱钠、插层、剥离的方法制备电催化剂，能加速脱钠和质子插层进度，削弱脱钠后晶格层间的相互作用，并产生刻蚀作用，制备的片状催化剂展现出大的比表面积和较低的析氧过电势，且脱钠反应有助于Ni、Fe、Mn等可变价离子向更高价态转变，形成更多的缺陷以及配位不饱和位点，使片状催化剂蕴含更多活性位点，表现出优异的电解水析氧催化活性。

技术研发人员：黄城,陈飞,符军瑞
受保护的技术使用者：广东佳纳能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23