[发明专利]一种电解水和电解尿素用阳极催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种电解水和电解尿素用阳极催化剂及其制备方法，采用沉淀法合成PBA立方体；采用水热法，利用无水乙醇对PBA立方体进行刻蚀，最终得到空心PBA立方体，即为电解水和电解尿素用阳极催化剂；本发明的制备方法反应受热均匀，易控制，所使用原料成本低、易得到目标产物、操作简单易行，所得空心结构的PBA的形貌好、易调控，具有优异的电解水OER性能和电解尿素UOR性能。

技术领域

本发明涉及电催化领域，具体涉及一种电解水和电解尿素用阳极催化剂及其制备方法。

背景技术

普鲁士蓝类似物(Prussian Blue Analogue，简称PBA)，是典型的面心立方结构的晶体，是由功能性有机配体连接的金属中心/簇组成的典型多孔多功能材料，具有氧化还原性、高表面积和均匀孔隙率的独特性能，应用于催化、传感器、电池电极材料和储存离子等领域，近年来受到越来越多的关注。PBA的合成方法有电化学沉积法和化学合成法。

在电化学能源存储与转换领域，较高的比表面积能提供更多的电化学活性位点以及更大的与电解液的接触面积；较薄而同时具有渗透性的壳层结构极大的加快电子与离子的传输；内部中空结构能有效的缓解离子循环穿梭带来的体积膨胀问题等。将提高PBA纳米材料的固有特性以及进一步赋予其新的功能，使其表现出增强的电解水阳极反应(OER)活性和电解尿素阳极反应(UOR)的优异稳定性。

发明内容

本发明目的在于提供一种电解水和电解尿素用阳极催化剂及其制备方法，制得的催化剂为中空的纳米立方体结构，具有优异的电催化活性和电解尿素阳极反应稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电解水和电解尿素用阳极催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、采用沉淀法合成PBA立方体；

S2、采用水热法，利用无水乙醇对PBA立方体进行刻蚀，最终得到空心PBA立方体，即为电解水和电解尿素用阳极催化剂。

进一步，所述步骤S1包括：

S11、称取0.5-1mmol钴金属盐和0.5-2mmol柠檬酸钠水合物溶解在去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；

S12、将上述混合溶液边搅拌加入一定浓度的金属氰化钾水溶液，继续搅拌5min，静置20-48h，将产物进行离心、用去离子水和无水乙醇洗涤、真空干燥，得到PBA立方体。

进一步，所述步骤S2包括：称取一定量的PBA立方体，分散在无水乙醇中，然后在连续搅拌下倒入100-500mg/ml的PVP无水乙醇溶液中搅拌均匀，将混合溶液转移到水热釜中，160-200℃下反应6-48h，待冷却至室温后离心，用去离子水和无水乙醇洗涤、真空干燥，得到空心PBA立方体。

进一步，所述钴金属盐为硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、氯化物中的一种或几种。

电解水和电解尿素用阳极催化剂，其为中空的纳米立方体结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的制备方法反应受热均匀，易控制，所使用原料成本低、易得到目标产物、操作简单易行，所得空心结构的PBA的形貌好、易调控，具有优异的电催化产氧性能，且相对于未被刻蚀的PBA立方体纳米材料，本发明经过乙醇的化学刻蚀作用得到的空心立方体PBA具有更大的比表面积以及暴露更多的活性位点，因此具有更加优异的电催化活性和优异的电解水OER、电解尿素UOR性能。