[发明专利]一种析氧反应电化学催化剂及其制备和应用

说明书

本发明提供一种析氧反应电化学催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)将钴盐和非离子表面活性剂聚合物加入到水中搅拌混匀，然后加入水合肼，在水热条件下孵化得到片层氢氧化钴，2)将得到的片层氢氧化钴与硫代钼酸盐加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声分散混合，然后在溶剂热条件下热解硫代钼酸盐，在片层基底的表面得到非晶相的硫化钼层。本发明还提出所制得的催化剂及其应用。本发明方法所制备的钴钼复合物材料在氢氧化钾的碱性溶液中具有优异的催化电化学析氧反应效果，能够有效地提高电化学裂解水的效率。本发明采用水热法与溶剂热法进行催化剂的制备，简单易行，可控性好。

技术领域

本发明属于电化学领域，具体涉及一种析氧反应的催化剂、其制备方法和应用。

背景技术

能源是影响当今社会发展的主要问题，传统的化石能源(主要是煤，石油和天然气)虽然仍占据主体地位，但是由于存在短时间内不可再生，消耗迅速，以及使用带来的温室效应，释放有毒气体，恶化环境等问题，注定无法为今后社会的前进提供充足的动力。发展风能，太阳能，氢能等清洁可再生的新能源符合社会进步的规律和需要。然而由于风能和太阳能的不稳定性和间歇性，直接利用新能源存在一定的安全问题。面对这一挑战，可提供的解决方案之一是发展先进的电化学能源储存与转换装置，同时，发展先进的电化学装置对于能源的转化与便携式运输起着重要作用。电化学能源储存与转换装置如燃料电池等涉及到具有巨大发展前景的电化学裂解水技术，通过电裂解水，可以将电能转化为化学能储存在产物中，无污染物及二氧化碳排放，实现能源转化的同时产生了高能量的氢气，而氢气与氧气反应，产生水及大量的能量，实现了反应物与产物的循环利用。(Chem.Rev.,2015,115:9869-9921)因此，人们对电裂解水技术投入了大量的关注和探索。

水裂解过程是由析氧(1)和析氢(2)两个半反应组成:

2H₂O→O₂+4H⁺+4e^- (1)

4H⁺+4e^-→2H₂ (2)

2H₂O→O₂+2H₂ (3)

水裂解过程的整体效率受到析氧和析氢两个半反应的共同影响。然而由于析氧半反应需要经历复杂的四电子转移过程，动力学过程更为缓慢，一直是限制水裂解过程效率的主要因素。人们通过研究发现含钌和铱贵金属元素的化合物具有良好的催化析氧反应效果，然而由于这些贵金属在地球上的储量少，价格相对昂贵，不适合大规模生产并应用于实际生产中。因此设计合成高效的非贵金属析氧反应催化剂，对于水裂解反应在实际中的应用具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种高效廉价的析氧反应电化学催化剂及其制备方法，该催化剂可应用于碱性介质中裂解水产生氧气。

本发明的另一目的是提出所述催化剂的应用。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种析氧反应电化学催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将钴盐和非离子表面活性剂聚合物加入到水中搅拌混匀，然后加入水合肼，在水热条件下孵化得到片层氢氧化钴，所述钴盐的摩尔用量与所述水合肼的用量比为1mmol：1～3mL；

2)将得到的片层氢氧化钴与硫代钼酸盐加入到N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声分散混合，然后在溶剂热条件下热解硫代钼酸盐，在片层基底的表面得到非晶相的硫化钼层。