[发明专利]一种非晶钌酸锶薄膜复合电极及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种非晶钌酸锶薄膜复合电极及其制备方法与应用，其制备方法包括以下步骤：将玻碳衬底使用氧化铝抛光粉充分打磨，使用超声波清洗，用惰性气体吹干后；固定在脉冲激光沉积系统样品台上，以钌酸锶为靶材，在氧分压和激光能量密度恒定条件下，首先预烧灼，然后取下挡板沉积，在氮气气氛下取出样品，得钌酸锶薄膜复合电极。本发明通过激光脉冲在玻碳基底上沉积生长非晶钌酸锶，所得电极材料结合力高，稳定性好，通过本发明的非晶钌酸锶薄膜复合电极应用于电催化水分解析氧反应系统中，可以有效地催化和促进电解水析氧反应反应的进行。本发明表明，非晶结构工程可以成为设计下一代电解水析氧反应应用高性能催化剂的有效和通用策略。

技术领域

本发明涉及复合电极制备技术领域，具体涉及到一种非晶钌酸锶薄膜复合电极及其制备方法与应用。

背景技术

当今社会，由于对化石能源的过量开采以及生态环境日益恶化，开发新的清洁能源刻不容缓。电化学反应是通过化学键有效地提供和储存电能的一种简单的方法，能量可以通过电化学分解水形成氢气和氧气来储存。电解水的潜力是巨大的，电解水储存能量也成为了重要的发展趋势，电解水生产的气体纯度几乎是100％，且无毒无污染。但即使使用最先进的催化剂，由于驱动反应需要很大的过电位，氧电催化也严重限制了电化学能量装置的能量效率和速率能力。利用高活性、高性价比的催化剂促进氧半反应是实现这些装置对可再生能源的广泛分布和利用的关键。

电催化剂IrO₂和RuO₂被认为是目前是析氧反应(OER)活性催化最强的催化剂，但这两种催化剂在反应过程中稳定性差，且价格昂贵，无法大规模应用于商业和工业生产中。据研究显示，与昂贵而稀缺的贵金属催化剂相比，近年来富含稀土元素的ABO₃型钙钛矿氧化物已被证明是一种高活性和稳定性且成本低廉的促进碱性溶液中OER的电催化剂。

其中，钌酸锶钙钛矿氧化物薄膜在OER催化性能领域中已经有了很多的研究，但是，以往的报道和专利均聚焦于“晶态的钌酸锶薄膜”，而关于“非晶态复合钌酸锶薄膜复合电极”的催化研究还比较匮乏。而非晶钌酸锶薄膜覆盖玻碳片在碱性溶液中具有更好的催化活性和稳定性，能够有效催化促进OER反应的进行。

发明内容

目前，使用晶态钌酸锶薄膜作为OER催化剂，当氧析出反应发生时，催化剂表面会产生大量氧气使得其被腐蚀，从而引发催化剂分解的严重后果。同时粘接剂等有机成分的引入会使得催化剂表面的部分活性位点被覆盖，导致催化剂的部分失活，降低催化剂的催化效果和利用率。

本发明的目的是提供一种非晶钌酸锶薄膜复合电极及其制备方法与应用，可以解决晶态钌酸锶薄膜不易直接参与电催化反应、反应过程中易被腐蚀脱落和活性位点少导致催化活性较低等问题。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种非晶钌酸锶薄膜复合电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备钌酸锶靶材

将氧化钌和氧化锶按比例称取后混合研磨、烧结，制成钌酸锶靶材；

(2)衬底预处理

依次对导电衬底玻碳进行打磨和超声清洗，再用惰性气体吹干待用；

(3)制备复合电极

将步骤(1)制得的钌酸锶靶材和步骤(2)的导电衬底置于脉冲激光沉积系统中，抽真空后，于氧分压和激光能量密度恒定的条件下对钌酸锶靶材进行预溅射，预溅射完成后再对钌酸锶靶材进行激光灼烧，将其沉积在导电衬底上，在氮气气氛下取出钌酸锶薄膜，制得非晶钌酸锶薄膜复合电极。