本申請涉及電解水，尤其涉及一種新型電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、氫能能源的開發(fā)和利用作為能源技術(shù)革命的重要發(fā)展方向，其潛力和重要性愈發(fā)受到全球的普遍認(rèn)可，被視為21世紀(jì)最具前景的清潔能源之一，是解決全球化石能源危機(jī)、全球變暖以及環(huán)境污染等問題的有效方案。然而，制氫工藝是氫能有效利用全鏈條中的起始環(huán)節(jié)，是決定氫能利用經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。
2、在現(xiàn)有的諸多制氫技術(shù)手段中，低溫水電解槽技術(shù)是氫能制備方式中最綠色友好的手段，且能與可再生間歇性電源(如風(fēng)能和太陽能)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)能源的儲備。在當(dāng)前的技術(shù)水平下，水電解槽主要以堿性電解槽和質(zhì)子交換膜電解槽為主。質(zhì)子交換膜電解槽與商業(yè)化成熟的堿性電解槽相比，雖然具備更高的電流密度、更高的氫氣純度、更低的電阻損耗和更緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但其受制于成本劣勢，其工業(yè)化規(guī)模的擴(kuò)大發(fā)展受到了嚴(yán)重的阻礙。尤其是，質(zhì)子交換膜電解槽的陽極一側(cè)是電化學(xué)析氧(oer)過程，這是一個四電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，通常表現(xiàn)出很高的過電位。析氧反應(yīng)是利用水分解制氫的半反應(yīng)，有效的電催化劑可以降低過電位，從而提高能源效率。而且，該陽極處于強(qiáng)酸和高電位的環(huán)境下，oer(析氧反應(yīng))電催化劑的活性和穩(wěn)定性面臨著重重挑戰(zhàn)，這也導(dǎo)致目前商用電催化劑的選擇范圍很窄，通常采用貴金屬ir基電催化劑及其貴金屬的衍生物。因此，人們投入了大量的時間來開發(fā)廉價高效的oer電催化劑，使其長時間暴露于氧化條件下具有足夠的穩(wěn)定性。co3o4已被證明對oer過程具有良好的催化效率和腐蝕穩(wěn)定性，雖然其成本比基于ruo2或iro2的電催化劑低得多，但是其催化活性還需要進(jìn)一步提高。
3、基于此，面對現(xiàn)有技術(shù)中的電催化劑存在成本較高、或催化活性較低、或穩(wěn)定性較差的問題，急需提供一種新型電催化劑及其制備方法，以改善上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種新型電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的電催化劑存在成本較高、或催化活性較低、或穩(wěn)定性較差的問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種新型電催化劑，該新型電催化劑的結(jié)構(gòu)式為m-nixco3-xo4，其中，0＜x＜3，m選自第viii族元素中的ru、rh或pd元素中的一種或多種，m元素與nixco3-xo4以化學(xué)鍵形式鍵連。
3、進(jìn)一步地，新型電催化劑的結(jié)構(gòu)式中m元素為ru元素。
4、進(jìn)一步地，新型電催化劑的形態(tài)結(jié)構(gòu)為納米線陣列形貌結(jié)構(gòu)。
5、進(jìn)一步地，新型電催化劑包括基底材料，基底材料選自鈦片、碳布或不銹鋼片中的一種或多種。
6、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種新型電催化劑的制備方法，該制備步驟包括：步驟s1，取鎳源、鈷源、硝酸銨、氨水以及基底材料于去離子水中進(jìn)行加熱處理，得到電催化劑前體；步驟s2，取電催化劑前體、m金屬源置于離子液體溶劑中進(jìn)行電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，得到新型電催化劑。
7、進(jìn)一步地，步驟s1包括：取鎳源、鈷源、硝酸銨以及氨水于去離子水中進(jìn)行混合處理，得到混合溶液后，再加入基底材料進(jìn)行加熱處理，得到電催化劑前體；步驟s2包括，取電催化劑前體作為工作電極、m金屬源作為對電極以及非水銀電極作為參比電極，于離子液體溶劑中進(jìn)行電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，得到新型電催化劑。
8、進(jìn)一步地，鎳源選自硝酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳中的一種或多種。
9、進(jìn)一步地，鈷源選自硝酸鈷、氯化鈷或硫酸鈷中的一種或多種。
10、進(jìn)一步地，步驟s1中，按質(zhì)量百分比計，鎳源與鈷源的質(zhì)量比為(1～5):1。
11、進(jìn)一步地，步驟s1中，加熱處理的溫度為60～90℃，處理時間為12～24h。
12、進(jìn)一步地，步驟s2中，m金屬源選自釕源、銠源或鈀源中的一種或多種。
13、進(jìn)一步地，釕源為金屬塊形態(tài)。
14、進(jìn)一步地，離子液體選自氯化膽堿基類離子液體、季銨類離子液體或哌啶類離子液體中的一種或多種。
15、進(jìn)一步地，步驟s2中，電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的溫度為20～60℃，反應(yīng)時間為1～2h。
16、進(jìn)一步地，基底材料為鈦片。
17、進(jìn)一步地，鎳源為硝酸鎳。
18、進(jìn)一步地，鈷源為硝酸鈷。
19、進(jìn)一步地，步驟s2中，m金屬源為釕源。
20、進(jìn)一步地，離子液體為氯化膽堿-丙二酸。
21、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種新型催化劑，或者由上述型催化劑的制備方法得到的新型催化劑，在電解水反應(yīng)中的應(yīng)用。
22、應(yīng)用本發(fā)明中的技術(shù)方案制備得到的新型電催化劑，一方面能夠降低電催化劑制備成本，利于大規(guī)模生產(chǎn)，工業(yè)化前景較優(yōu)；另一方面，其催化活性及穩(wěn)定性較好，實(shí)現(xiàn)了電催化劑的短流程快速合成，能夠更好地滿足后續(xù)應(yīng)用要求，綜合性能較優(yōu)。
1.一種新型電催化劑，其特征在于，所述新型電催化劑的結(jié)構(gòu)式為m-nixco3-xo4，其中，0＜x＜3，m選自第viii族元素中的ru、rh或pd元素中的一種或多種，所述m元素與nixco3-xo4以化學(xué)鍵形式鍵連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型電催化劑，其特征在于，所述新型電催化劑的結(jié)構(gòu)式中m元素為ru元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型電催化劑，其特征在于，所述新型電催化劑的形態(tài)結(jié)構(gòu)為納米線陣列形貌結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的新型電催化劑，其特征在于，所述新型電催化劑包括基底材料，所述基底材料選自鈦片、碳布或不銹鋼片中的一種或多種。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備步驟包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1包括：取鎳源、鈷源、硝酸銨以及氨水于去離子水中進(jìn)行混合處理，得到混合溶液后，再加入基底材料進(jìn)行加熱處理，得到電催化劑前體；
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述鎳源選自硝酸鎳、氯化鎳或硫酸鎳中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述鈷源選自硝酸鈷、氯化鈷或硫酸鈷中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，按質(zhì)量百分比計，所述鎳源與所述鈷源的質(zhì)量比為(1～5):1。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，所述加熱處理的溫度為60～90℃，處理時間為12～24h。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述m金屬源選自釕源、銠源或鈀源中的一種或多種。
12.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述釕源為金屬塊形態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述離子液體選自氯化膽堿基類離子液體、季銨類離子液體或哌啶類離子液體中的一種或多種。
14.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的溫度為20～60℃，反應(yīng)時間為1～2h。
15.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述基底材料為鈦片。
16.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述鎳源為硝酸鎳。
17.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述鈷源為硝酸鈷。
18.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述m金屬源為釕源。
19.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的新型電催化劑的制備方法，其特征在于，所述離子液體為氯化膽堿-丙二酸。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的新型催化劑，或者由權(quán)利要求5至19中任一項(xiàng)所述的新型催化劑的制備方法得到的新型催化劑，在電解水反應(yīng)中的應(yīng)用。