溴化亚铜在电催化分解水中的应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114262901A(43)申请公布日2022.04.01(21)申请号202111626682.3B82Y40/00(2011.01)(22)申请日2021.12.28(71)申请人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人崔小强李若昱许天翊田伏钰(74)专利代理机构北京哌智科创知识产权代理事务所(普通合伙)11745代理人张元媛(51)Int.Cl.C25B1/04(2021.01)C25B11/061(2021.01)C25B11/075(2021.01)C01G3/04(2006.01)C01G3/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称溴化亚铜在电催化分解水中的应用(57)摘要本发明首次公开溴化亚铜在电催化分解水中的应用，表现出了优异的催化制氢性能。本发明主要通过热处理过程中卤素在氢氧化铜纳米棒表面影响溴化亚铜的形成，在适当温度下可形成溴化亚铜纳米棒结构。在初步液相合成氢氧化铜纳米棒后，通过管式炉热处理的方法，引入溴源完成溴化反应，并在碱性条件下对于材料的分解水制氢性能进行了测试。本发明成功地合成了一种溴化亚铜纳米棒，发明了一种本征催化性能良好的电催化制氢电极，是该类材料用于电催化制氢的首次应用。CN114262901ACN114262901A权利要求书1/1页1.溴化亚铜在电催化分解水中的应用，其特征在于：具有基于泡沫铜上自支撑原位生长的纳米棒状结构，晶相为立方相，溴元素含量在30～45wt％。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：溴元素含量为37.25wt％。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述溴化亚铜通过以下步骤制备得到：将氢氧化铜纳米棒状结构材料置于管式炉的下游，上游为六溴苯(HBB)粉末压片，载气为氩气，350～550℃热处理2小时，自然冷却至室温取出，得到溴化亚铜纳米棒状结构材料。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，热处理温度改为450℃。5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，氢氧化铜纳米棒状结构材料通过以下方法制备得到：将泡沫铜依次用丙酮、浓度为4M的盐酸、去离子水和乙醇超声清洗，Ar气高速气流吹干后置于含有前驱体溶液(120mmol的NaOH和6mmol的(NH4)2S2O8的45mL混合水溶液)的烧杯中进行液相反应，室温下静置反应30分钟后，用去离子水和乙醇清洗，以去除表面的吸附杂质，在泡沫铜基底上得到氢氧化铜纳米棒状结构材料。2CN114262901A说明书1/4页溴化亚铜在电催化分解水中的应用技术领域[0001]本发明属于清洁可持续新型能源制备应用领域，特别涉及溴化亚铜在电催化分解水中的应用。背景技术[0002]传统化石能源的逐渐枯竭迫切推动人类开发出高效可持续的新型清洁能源。在各种替代能源中，氢能被认为是极具利用前景的能源之一，作为氢能重要来源之一的阴极析氢反应(HER)的电解水因而受到了人们的广泛关注。然而，目前商用的HER电催化剂是铂基贵金属材料，原料稀缺成本较高。而且最近的研究指出，此类电催化剂在强酸或强碱性环境中长期运行的稳定性较差。[0003]近年来，人们致力于寻找廉价、稳定、丰富的电催化材料，如过渡金属碳化物、硫化物、硼化物、氮化物、磷化物等。在已报道的相关文献中，多为单一金属化合物为主导与其他非金属、金属、异质材料相互调节用于改善表面电子态或调控表面形貌以提高电催化活性。然而目前的工作对其余体系的拓展度很低，与过渡金属的化合仅集中于上述少量几种非金属元素之间。因此，积极拓展其余非金属化合物体系，寻找高的本征电催化活性电极材料对于HER的研究具有重要科学意义。[0004]目前的铜基化合物在分解水过程中存在一定的不足，比如：对于活性氢的吸附较强，导致气泡脱附较慢，催化活性低；结构不合理，稳定性较差等。本项发明从形貌与本征活性两个角度入手解决催化活性的瓶颈问题，精准合成复杂的纳米形貌增加催化反应的活性面积，开发新的溴化物体系改善材料的本征电子分布，优化铜基化合物在HER过程中的过电位，大大提高铜基化合物电催化分解水的性能，促进溴化亚铜系列材料在工业催化方面的应用。发明内容[0005]本发明针对现有技术的不足，提供一种高催化活性的溴化亚铜材料，这是该化合物被首次用于高效的电催化分解水制氢。[0006]传统上溴化亚铜材料由于其分解产生大量活泼的溴自由基，常作为有机反应中的偶联催化剂；因为其较窄的带隙，溴化亚铜在光催化领域的应用也偶有报道。碱性电解液中电催化分解水制氢的关键在于将电子持续高效地由氧负离子转移至氢正离子，然而由于亚铜离子的存在，传统溴化亚铜材料在液体环境下容易被氧化，稳定性不足，因此在电催化分解水领域的应用尚未见诸报道。本