[发明专利]一种基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂及其制备方法和应用，所述基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂包括钽类化合物和负载在钽类化合物上的氧化铂‑非贵金属氧化物，所述钽类化合物为氧化钽、氮化钽、氮氧化钽中的一种或两种以上混合物，非贵金属为铁、钴、镍、铜、锰、锌中的至少一种金属元素；所述钽类化合物电催化剂中，氧化铂‑非贵金属氧化物的负载量为8%~12%。本发明通过简便且成本较低的方法合成出新颖的氧化铂合金负载钽类化合物电催化剂，在电解水生产臭氧的线性扫描伏安测试中，本发明的基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂的电流密度优于传统的PbO₂，有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，具体涉及一种基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

臭氧具有极强的氧化性和杀菌能力，且反应后的产物是对人体有益的氧气，所以被广泛应用于饮用水处理、污水处理、化学氧化、医疗卫生、养殖等领域。臭氧在自然条件下具有很高的活性，所以必须现场制备。由于许多因素，如氧源（空气或纯氧）、环境温度和空气中杂志的存在，会影响电晕放电法产生臭氧的效率，因此空气和纯氧的臭氧产生效率均不产生5%（质量百分数）。

传统的臭氧电解产生技术是一种将含氧电解液进行电解产生臭氧气体的方法，这类电解液一般为含氧酸或盐类，优点是臭氧浓度较高，一般可达到15%-20%，且不含有害的NO_x气体。尽管通过电化学方法（EOP）会同时产生氧气和臭氧，但是臭氧的产生效率可高达50%。而且臭氧在水中产生，可以直接使用，进而消除了臭氧从气相向液相（臭氧溶解问题）的传质问题。

目前，电解水产生臭氧技术的研究多集中在β-PbO₂阳极电极上。但是研究表明，经过长时间电解后，β-PbO₂颗粒的粒径急剧下降，并且在高电位条件下的重结晶过程导致原颗粒表面形成了许多纳米级的小颗粒，引起电解水产生臭氧性能的下降。而PtO₂电极由于其极高的电化学稳定性和较高的析氧电位，在电化学合成臭氧的研究中受到广泛关注。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂及其制备方法和应用，其目的在于提高贵金属催化剂在中性电解质中对水的分解催化活性和稳定性。

一种基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂，其特征在于包括钽类化合物和负载在钽类化合物上的铂-非贵金属复合氧化物，所述钽类化合物为氧化钽、氮化钽、氮氧化钽中的一种或两种以上混合物，非贵金属为铁、钴、镍、铜、锰、锌中的至少一种金属元素；铂-非贵金属复合氧化物与钽类化合物的质量比为0.08~0.12 : 1。

所述的一种基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂，其特征在于包括以下步骤：

1）取钽粉置于马弗炉中，于空气气氛下焙烧，得到白色粉末，即为氧化钽；

2）将步骤1）所得氧化钽和氯化钠、氟化钠混合，所得固体混合物中加入少量溶剂，溶剂将固体混合物表面润湿，进行充分研磨，然后置于马弗炉中于450-650℃下煅烧2-5 h；

3）将步骤2）煅烧后的产物置于管式炉内，在氨气气氛下焙烧，得到钽类化合物，然后用去离子水洗涤，干燥，干燥后的固体和铂盐、非贵金属盐以及去离子水一并加入到水热釜中，于100-150℃下水热反应4-24 h，反应结束后冷却至室温，再静置沉淀，取出沉淀物依次经水和乙醇洗涤，干燥，得到氧化铂负载钽类化合物电催化剂粗品；

4）将步骤3）得到的氧化铂负载钽类化合物电催化剂粗品，置于等离子体反应炉中，抽真空条件下通入高纯气体并形成等离子体气氛，真空度为30-100 Pa，在等离子体电压功率为100-300 W，反应温度为30-200℃，活化反应0.2-2 h后，得到所述的基于氧化铂合金的钽类化合物电催化剂。