[发明专利]析氧反应催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种酸性析氧反应催化剂其制备方法和应用。所述酸性析氧反应催化剂为Y₂Ru₂O₇。其制备方法包括配制包括Y盐和Ru盐的混合溶液、采用溶胶凝胶法或共沉淀法制备Y₂Ru₂O₇前驱体、对所述Y₂Ru₂O₇前驱体煅烧处理等步骤。所述酸性析氧反应催化剂贵重金属含量低，析氧催化活性高，催化性能稳定。且其制备方法工艺条件易控，可重复性好，生产效率高。所述酸性析氧反应催化剂能够在制备析氧反应电极、电化学装置和由水生成氢气和氧气的方法中应用，从而提高水生成氢气和氧气的效率高，降低经济成本。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种析氧反应催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

电解水制氢是一种先进的储能技术，能将分散、不可控、难以经济利用的可再生能源转化为可控利用、清洁环保的氢能，再通过燃料电池技术发电。电解水制氢技术是整合形成电、热、气网一体化的结合点，是大规模消纳新能源，实现电网和气网互联互通的重要手段。相比传统的碱性电解水制氢技术，质子交换膜(PEM)电解水具有效率高、动态响应速度快、规模可大可小、电流密度工作范围大等优点。

PEM电解水过程中，阳极是整个过电位的主要来源。阳极电催化剂对整个水电解反应有着十分重要的影响，选择时必须遵循以下原则：良好的电子导电性；良好的电催化活性，包括实现目标反应和抑制有害副反应、耐杂质和中间产物的毒化等；电化学稳定性，即在实现目标反应的电势区内，催化剂长时间保持活性而不发生失活。制备高活性、高稳定性的析氧阳极电催化剂一直是PEM纯水电解的关键问题。

在PEM电解池酸性环境中，RuO₂和IrO₂具有优异的析氧电催活性。为了提高析氧电极电催化反应表观速率，通常采用高载量的Ir、Ru贵金属催化剂。昂贵的电催化剂成本成为制约质子交换膜水电解技术发展的重要原因。为了满足电解水装置的商业化发展，降低单位PEM水电解装置中贵金属的使用量显得极为重要。目前，阳极析氧电催化剂研究的最大挑战，是寻找一种具有高电催化活性、同时在酸性及高析氧电位下不受腐蚀的电催化材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种酸性析氧反应催化剂及其制备方法和应用，以解决现有析氧反应催化剂采用贵金属导致成本高的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种酸性析氧反应催化剂。所述酸性析氧反应催化剂为Y₂Ru₂O₇。

本发明另一方面，提供了一种酸性析氧反应催化剂的制备方法。所述酸性析氧反应催化剂的制备方法包括如下步骤：

按照Y₂Ru₂O₇中Y和Ru元素的摩尔比，将Y盐和Ru盐进行溶解，配制混合溶液；

向所述混合溶液中添加金属离子配合物，再将混合溶液的pH调节至呈碱性，然后除去混合溶液中的溶剂，得到固体混合物；或

向所述混合溶液中添加金属离子配合物，静置老化处理后进行固液分离，将收集的沉淀进行洗涤处理后进行干燥处理后，得到固体沉淀物；

将所述固体混合物或所述固体沉淀物进行粉化处理后于含氧气氛中进行煅烧处理。

本发明再一方面，提供了一种析氧反应电极。所述析氧反应电极包括本发明酸性析氧反应催化剂或由本发明制备方法制备的酸性析氧反应催化剂。

本发明又一方面，提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括阳极和阴极，所述阳极为本发明析氧反应电极。