[发明专利]一种电解水析氧反应催化剂材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电解水析氧反应催化剂材料及其制备方法，属于无机氧化物粉体材料领域。该方法包括S1：称取金属硝酸盐溶解在双蒸馏水中，制得硝酸金属前驱体溶液，然后将溶液混合在一起；S2：制备柠檬酸溶液，将其加入到步骤S1中的等原子的前驱体溶液中，调节溶液的pH值；S3：将制备好的溶液进行热搅拌，并将溶液进行干燥，形成干凝胶；S4：将干凝胶放入马弗炉中，从室温缓慢加热到燃烧，产生蓬松的粉末；S5：将燃烧后所得粉末样品进一步研磨，即得。该合成方法制备工艺简单且高效安全，成本低，可控性强、重复性好，适用性广，适宜于工业化生产。

技术领域

本发明属于无机氧化物粉体材料领域，涉及一种高效的非晶高熵非贵金属氧化物的析氧反应催化剂材料及其制备方法，具体为一种电解水析氧反应催化剂材料及其制备方法。

背景技术

近年来，由于传统能源的大量消耗，造成了能源危机，排放的“三废”还造成了环境污染问题。为了缓解能源危机和环境污染问题，我们需要寻求有效的技术手段。氢气作为一种理想的环保型非碳排放能源一直是研究的热点。而水裂解是获得氢的有效途径，但是水的分裂过程面临着两个严重的问题:(1)阳极半反应发生的析氧反应(OER)是一个四电子传递过程，具有动力学慢的特点，需要高电压输入；(2)解决这一问题所用的贵金属催化剂成本高，储量低，长期运行不稳定。

为了提高析氧性能同时降低催化剂成本，具有组分和电子结构调制范围广、表面配位不饱和位点浓度高等固有优势的非晶态金属氧化物而备受关注。但是，非晶的一个共同问题是高温下结构不稳定，导致性能下降。例如，Kuai等人为OER制备了非晶态Ni-FeO氧化物Fe₆Ni₁₀O_x在10mA cm^-2过电位为286mV，但其退火结晶样品的性能显著下降(L.Kuai,J.Geng,C.Chen,E.Kan,Y.Liu,Q.Wang,B.Geng,A reliable aerosol-spray-assistedapproach to produce and optimize amorphous metal oxide catalysts forelectrochemical water splitting,Angew.Chem.Int.Ed.53(2014)7547–7551.)。

高熵氧化物具有高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应、“鸡尾酒”效应等四大效应，具有潜在的高强度、高断裂韧性、优异的低温/高温性能、优越的储能性能和催化性能等。尤其是HEO随着温度的升高其结构变得更加稳定的特点，使得它能在一定程度上弥补非晶催化剂高温性能劣化的缺陷。另外，HEO可以在更大范围内广泛地控制元素组元与含量，也为多组分非晶金属氧化物的合成提供了参考。

结合高熵效应和非晶氧化物的优点，构建多组分的非晶高熵氧化物催化剂成为解决水裂解问题的潜在重要途径。然而目前为止，高熵非晶氧化物用于OER的研发进展不及预期。一个重要的原因是非晶材料的制备工艺较为复杂苛刻，对工艺控制要求较高，导致设备和人力成本较大，不适合工业化大规模生产。

发明内容

为了提高OER催化剂性能同时降低催化剂成本、将其推向规模化生产，本发明提供了一种电解水析氧反应催化剂材料及其制备方法。在该方法中，以较为廉价的Fe、Ni、Al、Cr、Mn五种阳离子溶液为原料，通过溶胶-凝胶、燃烧、研磨等步骤得到非晶高熵氧化物，该催化剂为一种具有非晶态的高熵氧化物OER催化剂，具有高效的电化学析氧性能，在循环24h后电化学性能还更加优异，在10mA cm^-2的过电位为320mV，与商品化的RuO₂催化剂性能更加，具有工业推广的潜力。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

一种高效的非晶高熵非贵金属氧化物的析氧反应催化剂材料的制备方法，其包括以下步骤：

一种高效的非晶高熵非贵金属氧化物的析氧反应催化剂材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：