[发明专利]一种高效稳定的二氧化钌基酸性析氧电催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种高效稳定的二氧化钌基酸性析氧电催化剂的制备方法。该方法以碳布为基底，将三氯化钌溶液浸渍涂覆在碳布上，然后进行加热处理，使三氯化钌氧化为二氧化钌。所得的二氧化钌呈纳米级颗粒负载在碳布上，具有催化活性高、并且催化效果稳定的特点，可作为工业化酸性电解水制氢装置的阳极使用。

技术领域

本发明属于电催化析氧用于电解水制氢技术领域，特别涉及一种高效稳定的二氧化钌基酸性析氧电催化剂的制备方法。

背景技术

氢气是一种具有实际应用前景能量载体。由于氢气具有高能量密度、无碳排放、来源丰富、可再生的优点，产氢技术在近几十年中被广泛研究。

电解水制氢是一种常用的制氢手段。电解水反应分为阴极析氢反应和阳极析氧反应两个半反应，其中阳极的析氧反应涉及四电子转移过程，因此反应能垒较高，使得电解水反应过电势较高，导致了高能量消耗。因此，开发高效的析氧反应电催化剂有助于降低电解水反应的过电势，从而降低产氢能耗。

在酸性电解质中，阴极析氢反应的反应速率要远远高于其在碱性电解质中的反应速率，同时，酸性电解水制氢还具有产物纯度更高以及效率更高等优势。但是由于目前缺少能够在酸性环境中高效且稳定运行的阳极析氧反应电催化剂，工业上使用的电解水制氢装置一般采用碱性电解质。因此，开发出能够在酸性环境中稳定运行，且具有高催化活性的析氧反应电催化剂是电解水制氢行业亟需攻克的要点和难点。

二氧化钌在碱性中具有高析氧催化活性和良好的稳定性，但在酸性中稳定性差，无法满足大规模工业生产要求。此外，二氧化钌的前驱体通常为氢氧化钌，可通过化学沉淀法制得。这种方法缺点是钌前驱体难以被全部利用，且生产过程产生大量碱性废液；而且，制得的二氧化钌粉体需要再通过一次涂覆步骤负载到集流体上，增加了生产流程，提高了生产成本。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供了一种在酸性电解质中的二氧化钌基析氧反应电催化剂，具有催化活性高、并且催化效果稳定的特点。

本发明的技术方案为：一种高效稳定的二氧化钌基酸性析氧电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

以碳布为基底；

将三氯化钌溶液浸渍涂覆在碳布上，然后进行加热处理，使三氯化钌氧化为二氧化钌，所得的二氧化钌呈纳米级颗粒负载在碳布上。

为了增强电催化析氧过程中电解液与催化剂电极之间的接触，优选对碳布进行预处理，以提高碳布的亲水性。作为一种实现方式，首先将碳布进行氧化处理，使其表面带有含氧基团，从而提高其亲水性。作为优选，将碳布浸入硝酸溶液中进入加热处理，使碳布表面被氧化而带有含氧基团。所述硝酸溶液的质量百分比浓度优选为30％-70％。所述加热温度优选为80-140℃。为了提高碳布在硝酸溶液中的浸润性，作为优选，首先将碳布置于无水乙醇中，由于乙醇表面张力低，碳布浸入无水乙醇后取出，然后浸入硝酸溶液，以确保碳布被硝酸溶液充分浸润。

所述三氯化钌溶液中的溶剂不限，能够溶解三氯化钌的溶剂均可，例如水、NN,-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。作为优选，所述三氯化钌溶液中包含表面活性剂，例如聚乙烯吡咯烷酮、六亚甲基四胺、十六烷基三甲基溴化铵等，以提高三氯化钌溶液的粘度，从而增大三氯化钌溶液在碳布上的附着性。作为优选，所述表面活性剂与三氯化钌的质量比为1:5-1:10。

所述加热处理中，以一定的升温速率升温至加热温度，然后保持一定时间。作为优选，升温速率优选为5-10℃/分钟；加热温度优选为300℃；保持时间优选为2小时-4小时。

所述的碳布是碳纤维纺织物，主要成分为碳。所述碳布是市售的商业化产品，也可以制备得到。本发明中，所述碳布作为二氧化钌催化剂载体。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：