[發明專利]水氧化反應電化學催化劑及制備方法與應用

有效

• 申請號: 201610005409.1
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105688913B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 林雨青;孫鳳展;黎琳波;李博;胡良璐
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種水氧化反應電化學催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

隨著全世界經濟的飛速發展，人們對于能源的需求日益增長，能源問題已經成為社會發展的關鍵性問題。傳統能源以化石燃料(主要是石油，煤和天然氣)為主，由于存在有限性，不合理燃燒以及會帶來溫室效應等問題，其不能成為未來利用的主要能源，尋找經濟、清潔、可再生的新能源代替傳統能源已經成為科學家們最重要的研究任務之一。

新能源包括太陽能，風能，生物能和氫能等。在這些新能源中，氫能由于來源豐富，燃燒產物無污染，能量利用率高，單位質量產生的能量較其他能源大等優點受到了人們的廣泛關注(J.Am.Chem.Soc.,2014,136:11452–11464)。水是地球上最豐富的資源之一，裂解水產生氫氣和氧氣成為了制氫的理想途徑。同時，氫氣燃燒釋放大量能量并產生水，可實現循環利用。

一個完整的水裂解過程可以分為水氧化(1)和水還原(2)兩個半反應:

2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-(1)

4H⁺+4e^-→2H₂(2)

2H₂O→O₂+2H₂(3)

兩個半反應共同決定著水裂解的能量利用率，而與水還原半反應相比，水氧化半反應本身更為復雜，活化壁壘更大，所以水氧化半反應一直限制著水裂解的發展。因此研究水氧化過程對于氫能的發展具有十分重要的意義。

目前，活性最高的固態水氧化反應催化劑是含釕元素和銥元素的氧化物，但是地球上釕元素和銥元素含量稀少，價格昂貴，并且在水氧化反應過程中不穩定，會發生化學分解，降低了其催化效率，因此在實際的應用中受到了限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種水氧化反應電化學催化劑及其制備方法與應用。

本發明提供的制備鐵鈷復合氧化物的方法，包括如下步驟：

將鐵鹽、鈷鹽、聚合物、水和水合肼混合進行氧化還原反應而得。

上述制備方法中，所述混合具體可為先將所述鐵鹽、鈷鹽、聚合物和水混合，再加入水合肼。

所述鐵鹽選自FeSO₄·7H₂O和FeSO₄中的至少一種；

所述鈷鹽選自Co(NO₃)₂·6H₂O和Co(NO₃)₂中的至少一種；

所述聚合物選自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)和聚乙烯醇(PVA)中的至少一種；

所述聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的平均分子量為9000-11000道爾頓，具體為10000道爾頓；

所述聚丙烯腈(PAN)的平均分子量為145000-155000道爾頓；

所述聚乙烯醇(PVA)的平均分子量為16000-20000道爾頓。

所述鐵鹽與鈷鹽的投料摩爾比為1：0-31，且所述鈷鹽的摩爾數不為0，具體為1：1、1：3、1：7、1：15、1：31，優選1：15；

所述鐵鹽和鈷鹽的總摩爾用量與所述聚合物的用量比為1mmol：40-60mg，具體為1mmol：50mg；

所述鐵鹽和鈷鹽的總摩爾用量與所述水的用量比為1mmol：4-8mL，具體為1mmol：6mL；

所述鐵鹽和鈷鹽的總摩爾用量與所述水合肼的用量比為1mmol：1.5-2.5mL，具體為1mmol：2mL。

所述氧化還原反應步驟中，溫度為140～200℃，具體為140℃、160℃或180℃；

時間為6～30h，具體為24h。

所述加入水合肼步驟中，為使反應更加充分，可在加入水合肼后將體系封閉，并于室溫進行劇烈攪拌；所述劇烈攪拌的時間至少為30min，具體可為30min；

在所述氧化反應完畢后，可將所得反應體系進行如下后處理：將所述反應體系依次經過水洗、乙醇洗和離心，收集所得固體，烘干。

其中，所述水洗步驟中，水洗的次數具體可為1～3次，更具體可為2次；

乙醇洗步驟中，乙醇洗的次數具體可為1～3次，更具體可為2次；

所述離心步驟中，離心的轉速為4000～10000rpm，具體為6000rpm；