[發(fā)明專利]一種高效析氧催化劑的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810508738.7
• 申請(qǐng)日: 2018-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN108855096B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高進(jìn)偉;魏巍;何煒東;史碧波;劉賽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J23/755
• 分類號(hào): B01J23/755;C25B1/04;C25B11/031;C25B11/061;C25B11/091
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國(guó)華

本發(fā)明的目的在于提供一種高效的析氧催化劑的制備方法，該方法能顯著降低析氧催化劑的原料成本、生產(chǎn)投入，并能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，所制得的析氧催化劑催化效率高，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于析氧催化劑的合成領(lǐng)域，具體涉及一種高效析氧催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

隨著人們生活水平的提高，對(duì)于能源的需求量越來(lái)越大。2017年SCIENCE數(shù)據(jù)顯示，其將由2015年的12000百萬(wàn)噸石油當(dāng)量上升到2040年的40000百萬(wàn)噸石油當(dāng)量。但是，石油、天然氣等不可再生能源數(shù)量有限，開采難度越來(lái)越大，成本越來(lái)越高。進(jìn)而，對(duì)于可再生能源的需求日益提升。但是，風(fēng)能、潮汐能、太陽(yáng)能、水能等可再生能源來(lái)源不穩(wěn)定，能量密度低，受外界因素影響劇烈，同時(shí)運(yùn)輸困難。因此，急需一種二次能源作為中介體。其中，氫能引起了人們的注意，其能量密度高，是石油的三倍；來(lái)源廣泛，基于普遍存在的水即可獲取；質(zhì)量輕，易于運(yùn)輸；產(chǎn)物為水，干凈無(wú)污染。故是一種極為高效，完美的二次能源。

氫氣的制造方式有很多，主要分為三類：化石燃料制氫，生物質(zhì)為原料制氫，水分解制氫。其中，水分解制氫，來(lái)源廣泛，干凈無(wú)污染，具有極為優(yōu)越的發(fā)展前景。而直接利用電解水制氫，快速使用依靠可再生能源獲得的電能，簡(jiǎn)單方便，易于大規(guī)模推廣。但其中由于激活電極等種種原因，存在過(guò)高的過(guò)電勢(shì)，尤其是在析氧半反應(yīng)過(guò)程中，其需要四個(gè)電子，步驟多，方法復(fù)雜，嚴(yán)重阻礙了氫氣的獲得。因此需要我們使用催化劑，降低反應(yīng)能，減少能源損耗。依據(jù)理論及實(shí)驗(yàn)，自然界最佳的催化劑為貴金屬，如鉑，氧化釔，氧化銣等，其儲(chǔ)量極少，用途廣泛，價(jià)格較高，難以適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)發(fā)展的要求。因此發(fā)展一種成本低而高效的析氧催化劑，適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，具有極為重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高效的析氧催化劑的制備方法，該方法能顯著降低析氧催化劑的原料成本、生產(chǎn)投入，并能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高效的析氧催化劑的制備方法，包含以下步驟：

（1）清洗泡沫金屬 取工業(yè)級(jí)泡沫金屬作為基底，先后在有機(jī)溶劑和酸中進(jìn)行超聲，超聲結(jié)束后，先后使用乙醇、去離子水進(jìn)行沖洗，然后用惰性氣體吹干，去除表面的雜質(zhì)及氧化物層；所述的泡沫金屬選自泡沫金屬鎳、泡沫金屬鎳鐵、泡沫金屬鎳鈷等包含鎳元素的泡沫金屬中的一種；

（2）制備納米片 將步驟（1）處理后的泡沫金屬放入聚四氟乙烯為內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，加入所述反應(yīng)釜容積30～80%的去離子水，使所述去離子水沒(méi)過(guò)泡沫金屬，密封，在100～200℃的條件下保溫180～540min，保溫過(guò)后使其自然冷卻，形成原位生長(zhǎng)的納米微觀結(jié)構(gòu)的氫氧化鎳納米片；

（3）制備催化劑 將步驟（2）處理后的氫氧化鎳納米片清洗并干燥，放入聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，加入所述反應(yīng)釜容積30～80%的醇，使所述醇沒(méi)過(guò)氫氧化鎳納米片，加入鐵鹽均勻攪拌，配置成Fe²⁺離子濃度為5～10mmol/mL的鐵鹽醇溶液，密封，在180～260℃的條件下保溫600～1200min，保溫過(guò)后使其自然冷卻，取出清洗并在室溫條件下干燥，得到高效析氧催化劑。

優(yōu)選地，步驟（1）中所述泡沫金屬為泡沫金屬鎳。

本發(fā)明的原理是：清洗后的含鎳元素的泡沫金屬與去離子水在高溫高壓的條件下反應(yīng)，利用鎳元素對(duì)水中氫氧根的吸附性，生成氫氧化鎳納米片，經(jīng)步驟（2）處理得到的氫氧化鎳納米片表面具有較好的空隙，增大了比表面積，為Fe的沉積提供了良好的位點(diǎn)；隨后將Fe²⁺離子通過(guò)高溫高壓的陽(yáng)離子交換與沉積法，摻雜在氫氧化鎳納米片中，隨后在納米片上沉積，緊密結(jié)合。利用Fe²⁺離子在析氧反應(yīng)過(guò)程中被氧化，生成FeOOH活性催化劑。同時(shí)，在電子傳輸?shù)倪^(guò)程中，鎳離子與鐵離子存在電子交換，促進(jìn)催化活性的增強(qiáng)。

所述的有機(jī)溶劑選自酮、氯仿、以及烷基類有機(jī)溶劑，優(yōu)選地，所述的有機(jī)溶劑為丙酮。