[发明专利]电解水Ag-Pi析氧催化剂膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种温和条件制备电解水析氧催化剂Ag‑P_i膜材料的方法，常温、常压、弱碱性（pH=12.4）制备条件，工艺操作简单，反应过程易于控制的电化学方法原位制备催化剂Ag‑P_i膜材料的技术方案。本发明温和条件通过电化学合成方法原位制备了近于非晶态的Ag‑P_i膜材料催化剂，Ag‑P_i催化剂原位析氧速率为11.1μmol/h；通过电量为15C/cm²的Ag‑P_i析氧催化剂，电流密度为1mA/cm²时所需析氧过电位为457mV。本发明提出了温和条件通过电化学沉积法原位制备非晶态Ag基析氧催化剂膜材料的途径，开辟了温和条件通过电化学沉积法制备非晶态Ag基析氧催化剂膜材料的研究领域。

技术领域

本发明属于无机功能材料及电化学技术领域，涉及原位制备电解水析氧催化剂Ag-P_i膜材料的方法，具体为一种在无机盐中用电化学方法制备析氧催化Ag-P_i膜材料方法的技术方案。

背景技术

随着化石能源消耗和温室效应恶化，高效利用自然界太阳能、风能、潮汐能等可再生能源成为全球关注的焦点。以可再生能源为驱动的电解水制氢技术可以解决可再生能源不连续、不稳定、随气候变化等弱点，将其转化为无污染、能量密度高、易运输、可储存的氢能，从而实现可再生能源高效利用。传统的强酸、强碱环境电解水技术成本昂贵，易腐蚀，造成了能源的极大浪费。因此，探索温和条件下（中性、弱酸性及弱碱性）电解水制氢技术意义重大。

电解水制氢技术由来已久，但始终没能工业化应用，其主要原因是传统的电解水制氢技术能耗高而效率低。电解水制氢技术包括阴极反应和阳极反应，而阳极析氧半反应涉及水分子的裂解及电子的转移，决定了电解水制氢的能耗和效率。2008年Nocera等人发展了一种新型的原位阳极析氧催化制氢技术[Science. 2008, 321:1072]，该技术能耗低效率高，并具有原位自修复的特性性能非常稳定。

目前已经报道的新型阳极析氧催化剂包括Co基、Ni基、Cu基、Fe基及Mn基等。该制氢技术电解质不仅是质子转移的受体，同时还是催化剂的配体，要求电解质和金属阳离子高效匹配，否则催化剂则无法制备。扩展金属阳离子的类型以及探索相匹配的高效电解质，对于发展新型的阳极析氧催化制氢技术至关重要。Ag基阳极析氧催化剂具有较低的析氧过电位和易于调变的晶体结构，目前已经开发了Ag-B_i和Ag-C_i析氧催化剂[InternationalJournal of Hydrogen Energy. 2011, 36:7374；International Journal of HydrogenEnergy. 2013;38:5251]。

目前适于制备Ag基析氧催化的电解质体系为硼酸盐和碳酸盐，本发明以磷酸盐为电解质体系制备体系，磷酸盐电解质具有良好的缓冲性能，作为质子接受体，能快速促进质子转移，进而有效的促进质子耦合电子转移过程，同时作为催化剂的配体，通过控制原位制备条件开发了一种性能优异的Ag-P_i析氧催化剂。

发明内容

本发明目的是提供一种制备析氧催化剂Ag-P_i膜材料的方法，在近中性磷酸盐体系无法制备Ag基析氧催化剂，扩展磷酸盐的pH值范围，探索适宜于Ag-P_i析氧催化剂的制备体系。

本发明是采用如下技术方案实现的：