[發(fā)明專利]配體活化的過渡金屬層狀雙羥基化合物、制備方法及用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910189114.8
• 申請日: 2019-03-13
• 公開（公告）號: CN111686812B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 楊世和;龍霞;王亞瓊;王政
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;C25B11/052
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 張海平;郭燕

本發(fā)明涉及新能源技術和電催化材料技術領域，公開了一種配體活化的過渡金屬層狀雙羥基化合物(TM?LDH)的制備方法。該制備方法用硼氫化鈉對TM?LDH的羥基配體進行活化，成為氫負離子活化的TM?LDH，還可用Clsupgt;?/supgt;負離子、Brsupgt;?/supgt;負離子、Isupgt;?/supgt;負離子、含N負離子、含P負離子或含S負離子中的一種或者多種的組合進行進一步活化。本發(fā)明還公開了所制得的配體活化的TM?LDH及其應用，以及包含該配體活化的TM?LDH作為催化劑的水分解陽極和水分解三電極體系。該水分解陽極應用于電分解水，與傳統(tǒng)泡沫鎳電極相比，表現出較低的過電位以及塔菲爾斜率，大大提高分解水的能力，降低水分解制氫的成本。

技術領域

本發(fā)明涉及新能源技術和電催化材料技術領域，具體涉及一種配體活化的過渡金屬層狀雙羥基化合物的制備方法，所制得的配體活化的過渡金屬層狀雙羥基化合物及其用途，以及包含該配體活化的過渡金屬層狀雙羥基化合物的水分解陽極和水分解三電極體系。

背景技術

全球能源短缺與環(huán)境污染問題的加劇，使得人們對清潔可再生能源的需求越來越迫切。氫氣具有高的能量密度及燃燒產物無污染等優(yōu)點，被認為是最理想的可代替化石燃料的綠色能源之一。目前制備氫氣的方法主要有天然氣蒸汽轉化制氫、甲醇裂解制氫和水分解制氫。其中天然氣蒸汽轉化制氫和甲醇裂解制氫需要使用天然氣或甲醇燃料為原料，更重要的是產物中除了氫氣，還存在較多的雜質，如二氧化碳、一氧化碳、甲烷等。而水分解制氫具有效率高、過程簡單、反應產物純度高的優(yōu)點。我國首個氫能領域團體標準《質子交換膜燃料電池汽車用燃料?氫氣》(T/CECA-G?0015-2017)對氫氣的純度有嚴格的要求，其體積分數需大于等于99.99%，而此純度的氫氣只能通過水分解制備。

水分解制氫是通過電或光將水分解而制備氫氣，化學反應式為2H₂0→2H₂+O₂。該反應過程包括陰極產氫反應(hydrogen?evolution?reaction,?HER)和陽極產氧反應(oxygenevolution?reaction,?OER)。陽極產氧反應的反應動力學十分緩慢，極大地限制了水分解制氫的進程。這造成目前電解水制氫價格高于天然氣蒸汽轉化制氫和甲醇裂解制氫價格。因此，開發(fā)高效廉價的水分解催化劑，降低OER反應能壘，減少水分解制氫所需能耗，對于大規(guī)模制備高純氫氣和開發(fā)新能源，推動氫能汽車等領域的發(fā)展，緩解環(huán)境污染是至關重要的。

層狀雙羥基化合物(layered?double?hydroxide,?LDH)由金屬離子與羥基配體形成的帶正電荷的主板層及作為電荷補償的層間陰離子構成，其中主板層中金屬離子種類和摩爾比在一定范圍內可調，層間陰離子可通過離子交換改變。過渡金屬層狀雙羥基化合物(transition?metal-based?layered?double?hydroxide,?TM?LDH)是主板層中金屬離子為過渡金屬離子的LDH。近幾年，TM?LDH在水分解制氫領域的應用取得了長足的發(fā)展。TM?LDH的催化產氧活性和穩(wěn)定性接近貴金屬產氧催化劑氧化銥(IrO₂)和氧化釕(RuO₂)。而地球上的非貴金屬如過渡金屬儲量豐富，使得非貴金屬水分解催化劑如TM?LDH相比貴金屬催化劑有更大的應用潛力。