[发明专利]一种可回收高效催化剂及水解制备氧气的方法

说明书

本发明提出了一种可回收高效催化剂及水解制备氧气的方法，本发明的一种可回收高效催化剂的制备方法采用的原料成本低，过渡金属铁、锰和钴在地壳中储量丰富，可以进行大规模的工业化生产；本发明能够实现催化剂与反应体系的分离，磁性纳米粒子可以循环使用，经济环保，并且本发明的催化剂负载了过渡金属，大大提高了催化剂的稳定性；本发明制备的磁性催化剂中加入了纳米成分，加快了反应进程，提高了反应速率，使反应更加彻底；本发明的一种制备氧气的方法，在电解液中加入用本发明的方法制备得到的催化剂，使反应速率加快，增加氢气和氧气的产量，提高企业的经济利润。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，尤其涉及一种可回收高效催化剂及水解制备氧气的方法。

背景技术

随着世界人口和各国经济的快速发展，环境污染和能源危机也日益加剧，人类的可持续发展正面临着严峻的考验。化石能源长期以来作为人类生存利用的主要能源，其消耗速率也随着人口增长和经济的发展变得越来越快，特别是工业化时代以来，由化石能源给环境带来的不可修复的负面影响引起公众的强烈关注，因此，各种新能源和可再生能源的开发成为当今世界日益重视的课题，水是地球上最丰富的一种化合物，全球约有四分之三的面积覆盖着水，地球上的水的总体积约有13亿8600万立方千米，因此利用水为原料，将水分解为氧气和氢气，不仅是一种环境友好型的清洁的化学反应，而且还是零二氧化碳排放的化学反应。

电解水在阳极发生水氧化反应生成氧气，在阴极发生还原反应产生氢气，其中，水氧化反应的过程中需要转移4e^-，是一个动力学很缓慢的过程，需要施加很高的过电压才能够驱动反应的发生，因此，需要加入催化剂来降低过电位，提高能源的转化效率。目前二氧化铱、二氧化钌和二氧化铂等贵金属氧化物是最高效的析氧电催化剂，但是，这些贵金属材料不仅储存量低而且给生产商造成巨大的工业成本。近年来，非贵金属催化剂也逐渐得到发展，过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物和磷化物得到了一定的发展，然而，这些催化剂的活性效果还有待于提高。

现阶段，为了使催化剂反应后能够与反应体系快速的分开，便于回收，使催化剂能够再生利用，提高催化剂的使用率，人们向载体中加入了磁核，磁核的引入使催化剂与反应体系得到很好的分离，但是，催化剂在回收过程中容易造成大量的损失，运用到水电解实验中，效果不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种成本低，稳定性高，催化效率好的可回收高效催化剂及水解制备氧气的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种可回收高效催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1，在惰性气体保护下，向氯化铁中加入乙二醇，搅拌，干燥，离心去上清液，洗涤，干燥，得到第一混合物；

S2，向步骤S1得到的第一混合物中加入氨水和硅酸四乙酯，搅拌，洗涤，干燥，得到第二混合物；

S3，向步骤S2得到的第二混合物中加入乙醇和去离子水，搅拌，加入过渡金属盐，搅拌，加入硼氢化钠，搅拌，洗涤，干燥，得到第三混合物；

S4，将步骤S3得到的第三混合物负载到碳纤维基体内部和表面。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中的惰性气体为氦气、氖气和氩气中的任意一种。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中，氯化铁和乙二醇的质量比为1:10-15。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S1中，在60-80℃下搅拌3-5h；在100-150℃下干燥8-10h；5000r/min离心30-40min；用去离子水或者乙醇中的任意一种洗涤；50-60℃下干燥8-12h。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤S2中，加入质量百分比为10-25％的浓度为25-35％的氨水，加入质量百分比为5-10％的硅酸四乙酯。