[发明专利]过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂的制备方法：(1)泡沫镍的预处理；(2)泡沫镍负载的氧化钨‑钨青铜复合材料的制备；(3)过渡金属羟基氧化物的异质界面构建：将碱金属硝酸盐或硝酸溶液，与可溶性过渡金属盐溶于水，得到溶液Ⅰ，浸入初级产品10～1500s，取出后洗涤，干燥即得过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂。本发明制备所得过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂具有极小的过电位(超电势)、出色的稳定性，并且，本发明所得钨基析氧催化剂颗粒呈八面体金字塔形态，可作为高效、稳定的碱性析氧电催化剂。

技术领域

本发明涉及电化学能源材料技术领域，具体涉及一种过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂的制备方法。

背景技术

目前，氢能作为一种理想的清洁能源，被认为是未来最受期待的可再生能源之一。电化学水分解制氢，为大规模制氢提供了一种高效、环保的方法，其中析氧反应(OER)是电解水极为重要的组成部分。但析氧反应对催化剂有较高的要求，尽管人们已经开发出了氧化铱和氧化钌等高效的贵金属催化剂来促进OER的能量转换效率，但贵金属高昂的成本限制了其进行大规模应用。因此，开发原料廉价、储量丰富并且高效、稳定的催化剂成为研究热点。

迄今为止涌现出许多针对提升非贵金属催化剂催化性能和稳定性的研究，包括制备各种过渡金属氧化物、氮化物、磷化物等作为OER催化剂。氧化钨由于具有灵活的价态转变(W⁴⁺、W⁵⁺、W⁶⁺)、可调控的电子结构、丰富的储量而备受关注，它很有可能成为高性能OER催化剂。然而复杂的合成方法和较差的导电性在很大程度上降低了它的催化性能。

最近研究发现，高温还原反应可以将WO₃转化为导电性较好的WO₂，另外通过在WO₃晶格中引入碱金属离子，可以得到拥有氧空位、材料表面缺陷和W⁵⁺的钨青铜，从而提高其导电性和催化活性。然而无论是氧化钨还是钨青铜，处于碱性环境时的稳定性都比较差，原因是在OH^-存在时，它们容易被氧化成可溶性的钨酸盐。因此，提升氧化钨材料体系的催化活性和稳定性对于开发高性能电解水催化材料十分重要。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提供一种过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂的制备方法，其兼具优秀的碱性OER电催化活性和稳定性，可作为碱性OER电催化剂。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂的制备方法，包含以下操作步骤：

(1)泡沫镍的预处理：将泡沫镍裁剪，然后依次在盐酸溶液、乙醇和水中分别超声清理，之后浸泡在水中备用；

(2)泡沫镍负载的氧化钨-钨青铜复合材料的制备：将硫酸盐、铵盐、钨酸盐三种盐溶于水中，搅拌均匀后获得水热溶液，将步骤(1)中预处理所得泡沫镍和水热溶液加入高压反应釜中120～220℃下保持6～48h进行水热反应，反应结束后，冷却至室温，洗涤、干燥得到中间产物，然后将中间产物在还原性气氛下进行高温煅烧，煅烧结束后冷却至室温得到初级产品，即为泡沫镍负载的氧化钨-钨青铜纳米复合材料；

(3)过渡金属羟基氧化物的异质界面构建：将碱金属硝酸盐或硝酸溶液，与可溶性过渡金属盐溶于水，得到溶液Ⅰ，将步骤(2)中制备所得初级产品浸泡在溶液Ⅰ中10～1500s，取出后用水洗涤，干燥即得过渡金属羟基氧化物包覆的钨基析氧催化剂。

作为优选，步骤(1)中将泡沫镍剪裁成长方形，然后将泡沫镍依次浸泡在1.0M盐酸溶液、乙醇和水中进行超声清洗，每次清洗15min，之后浸泡在水中备用。

作为优选，步骤(2)中硫酸盐、铵盐、钨酸盐的摩尔比为1:(1～20):(1～30)。