[发明专利]一种用于电解水制氧的高熵配位聚合物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种用于电解水制氧的高熵配位聚合物催化剂及其制备方法和应用，由A反应液和B反应液反应制得：所述A反应液包括多种过渡金属盐溶液；多种过渡金属盐选自多种过渡金属氯化物和/或多种过渡金属硝酸盐；所述B反应液包括含杂原子有机配体溶液；多种过渡金属盐的物质的量和溶剂的体积比为(0.1～100)mmol:(50～1000)ml；含杂原子有机配体的物质的量和溶剂的体积比为(0.1～100)mmol:(50～1000)ml。催化剂中有机配体与多种过渡金属盐直接合成配位聚合物，作为分解水析氧催化剂，催化过电势很小，电流密度大，稳定性好。该催化剂在较高浓度的电解液中能承受大电流密度下长时间稳定催化。

技术领域

本发明属于电解水制氧催化剂技术领域，尤其涉及一种用于电解水制氧气的高熵配位聚合物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技快速发展，化石能源难以满足现在的快速发展的节奏，对可持续的清洁能源提出更高的挑战，迫切需要寻求新的解决方案来满足现状，急需开发新型能源转换与存储方式来弥补现在能源供需不足之处。目前，根据现有技术开发氢能能够胜任现在的需求状况，在获取氢能的过程中，依靠太阳能直接电解水制氢，具有独特的优势，有望实现氢能的规模化应用。但是，在电解水过程中水氧化是制约电解水技术的瓶颈。因为在水分解过程中此反应需要四个电子发生转移，从热力学角度分析需要较高的活化能，故需要使用催化剂来加快反应速率，克服高耗能这一现状。

根据前期调研，商业化电解槽在电解水制氧过程中使用的催化剂主要使用钌、铱等贵金属氧化物，而且直接将这些氧化物催化剂涂敷在电极表面，在催化反应过程中，尤其是大电流密度条件下反应时，由于大量气泡引起的催化剂脱落，而引发的催化剂消耗特别严重，再加上这些贵金属储量低、价格高，增大电解水制氢成本。近来，把电解水制氧催化剂寄托于含量丰富的非贵金属催化剂，并引起广泛的研究热潮，根据目前报道的催化剂结构主要有以下几类：非贵金属氧化物/氢氧化物及杂原子掺杂、金属有机框架化合物以及分子催化剂等。根据报道，这些催化剂展示出一定的催化活性与稳定性，着眼工业应用中对催化剂应用环境的苛刻要求，以及报到的催化剂合成的方法、大电流密度稳定性等方面分析，大部分报道的催化剂在商业化应用中潜力较小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于电解水制氧气的高熵配位聚合物催化剂及其制备方法和应用，该催化剂作为分解水析氧催化剂具有较高的催化活性，且稳定性好。

本发明提供了一种用于电解水制氧的高熵配位聚合物催化剂，由A反应液和B反应液反应制得：

所述A反应液包括多种过渡金属盐溶液；多种过渡金属盐选自多种过渡金属氯化物和/或多种过渡金属硝酸盐；

所述B反应液包括含杂原子有机配体溶液；

所述过渡金属盐溶液中多种过渡金属盐的物质的量和溶剂的体积比为(0.1～100)mmol:(50～1000)ml；

所述含杂原子有机配体溶液中含杂原子有机配体的物质的量和溶剂的体积比为(0.1～100)mmol:(50～1000)ml。

优选地，所述含杂原子有机配体选自吡嗪、嘧啶、4,4'-联吡啶、1,2-二(4-吡啶基)乙烯、3,6-二-4-吡啶基-1,2,4,5-四嗪、1,2-双(4-吡啶基)乙烷、1-(4-吡啶基甲基)哌嗪中的一种或多种。

优选地，所述多种过渡金属盐中的金属选自铁、钴、镍、铜、锌、锡、铬、锰、锆和钒中至少五种。

优选地，所述A反应液和B反应液中的溶剂独立地选自甲醇和乙醇中的一种或多种。

优选地，所述多种过渡金属盐的物质的量和溶剂的体积比为(5～10)mmol:50ml；

所述含杂原子有机配体溶液中含杂原子有机配体的物质的量和溶剂的体积比为10～14mmol:50ml。