[发明专利]一种壳核结构的阳极催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种壳核结构的阳极催化剂及其制备方法，采用沉淀法合成PBA立方体；利用异丙醇对PBA立方体进行刻蚀，最终得到具有壳核结构的PBA立方体，即为电解水用阳极催化剂；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。

技术领域

本发明属于电催化剂领域，具体涉及一种壳核结构的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，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，使其表现出较强的电解水阳极反应（OER）活性和优异稳定性，因此对于壳核结构的阳极催化剂研究有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、易得到目标产物且所使用原料成本低的壳核结构的阳极催化剂及其制备方法，制备的壳核结构的阳极催化剂具有优异的电催化活性和反应稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种壳核结构的阳极催化剂制备方法，包括以下步骤：

称取PBA立方体按1 mg/ml分散在异丙醇中，然后将溶液倒入到5-25mg/ml的PVP异丙醇溶液中进行搅拌，将搅拌后的溶液转移至水热釜中，在160-200 ℃下进行水热反应反应6-48 h，待冷却至室温后经离心，洗涤、真空干燥，即得到壳核结构的阳极催化剂。

优选的，所述PBA立方体采用沉淀法合成，具体的制备过程如下：

（1）称取0.5-1 mmol的过渡金属盐、0.5-2 mmol的柠檬酸钠水合物，溶解在20 ml去离子水中，搅拌均匀得到混合溶液；

（2）向步骤（1）得到的混合溶液中边搅拌边加入20 ml金属氰化钾水溶液，搅拌结束后静置，将静置后的产物进行离心、洗涤、真空干燥，得到PBA立方体。

优选的，所述的过渡金属盐中的金属为铁、钴、镍、锰、铜、锌中的一种或几种。

优选的，所述的过渡金属盐为硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐、氯化物中的一种或几种。

优选的，所述的金属氰化钾水溶液为铁氰化钾水溶液或钴氰化钾水溶液。

优选的，所述静置时间为20-48 h。

优选的，所述真空干燥时间为24h。

优选的，所述洗涤用溶液为去离子水和无水乙醇。

一种壳核结构的阳极催化剂，所述壳核结构的阳极催化剂为具有壳核结构的纳米立方体。

与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：

本发明采用水热法对PBA立方体结构进行化学刻蚀，使其成为具有壳核结构的纳米立方体结构，由该制备方法制备的壳核结构的阳极催化剂的形貌好、易调控，具有优异的电催化产氧性能；与未被刻蚀的PBA纳米立方体材料相比，经过异丙醇的化学刻蚀作用后得到的壳核结构的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性能。