[发明专利]一种含氧空位的电解水析氧催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明一种含氧空位的电解水析氧催化剂及其制备方法和应用，所述方法包括如下步骤：步骤1，将十六烷基三甲基溴化铵溶液和乙酰丙酮钴分散液混合均匀，得到前驱液，十六烷基三甲基溴化铵和乙酰丙酮钴的质量比为11:3，将前驱液水热处理16～24h，得到反应液；步骤2，将反应液中的产物分离后干燥，得到前驱体；步骤3，将前驱体在300～350℃下进行氧化处理，得到含氧空位的电解水析氧催化剂，在连续工作10h后具有80％的催化活性，表现出优异的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明属于析氧催化剂的合成技术领域，具体为一种含氧空位的电解水析氧催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源枯竭和环境问题的日益加剧，人类需寻找新的能源体系。电解水析氢和析氧是具有前景和吸引力的可再生能源转化技术之一。然而析氧反应作为电解水的半反应，是一个四电子转移的反应，存在严重的动力学和热力学迟缓，导致电解水的总效率受限。因此，构筑高效绿色析氧电催化剂以降低过电位对提高电解水整体效率具有重要意义。

目前，钌(Ru)和铱(Ir)基催化剂是最受欢迎的催化剂，但是Ru和Ir存在价格昂贵和储量较低的问题，严重限制了其商业化应用。过渡金属Fe、Co、Ni基催化剂以其独特的物理化学性质受到了研究学者的广泛关注，且其作为非贵金属具有储量较丰、价格较低和催化活性高的特点，被认为是Ru和Ir的最佳替代品。

析氧(OER)催化剂在实际应用中，主要依靠表面氧化层的活性位点。然而催化剂的氧化层暴露的活性位点不足，严重限制了其催化活性。众所周知，暴露的活性位点越多，催化剂的催化活性越好。通过在材料上制造缺陷，暴露更多的活性位点是一种有效提高催化剂活性的方式。在材料表面制造氧空位，不仅能形成缺陷，暴露活性位点，还能进一步提升氧析出过程中的电子传输。目前主要通过还原剂和等离子体刻蚀制造氧空位，实验条件苛刻且复杂。因此，探寻一种合成过程简单、催化性能优越的具有氧空位的非贵金属析氧催化剂是一个亟需解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种含氧空位的电解水析氧催化剂及其制备方法和应用，工艺简单、条件温和，制备得到的含氧空位的Co₃O₄纳米片析氧催化剂在催化电化学析氧的应用中表现出优异的催化活性和稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种含氧空位的电解水析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将十六烷基三甲基溴化铵溶液和乙酰丙酮钴分散液混合均匀，得到前驱液，十六烷基三甲基溴化铵和乙酰丙酮钴的质量比为11:3，将前驱液水热处理16～24h，得到反应液；

步骤2，将反应液中的产物分离后干燥，得到前驱体；

步骤3，将前驱体在300～350℃下进行氧化处理，得到含氧空位的电解水析氧催化剂。

优选的，步骤1将十六烷基三甲基溴化铵溶解在去离子水中得到十六烷基三甲基溴化铵溶液，将乙酰丙酮钴分散在乙二醇中得到乙酰丙酮钴分散液。

进一步，十六烷基三甲基溴化铵溶液中十六烷基三甲基溴化铵的浓度为10mg/mL，乙酰丙酮钴分散液中乙酰丙酮钴的浓度为200mg/mL，十六烷基三甲基溴化铵溶液和乙酰丙酮钴分散液的体积比为60：11。

优选的，步骤1中将前驱液在160～200℃下进行水热处理。

优选的，步骤2先将反应液离心，得到灰色产物，再将灰色产物进行离心，去除上清液后进行干燥。

进一步，步骤2将灰色产物用体积比为1：1的乙醇和水离心3～5次。

优选的，步骤3将前驱体在所述温度下氧化5～20min。