[發明專利]一種用于電化學分解水反應的催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 202010139849.2
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111330583A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 夏天;王秀;竇英南;趙輝
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: B01J23/825
• 分類號: B01J23/825;B01J35/10;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種用于電化學分解水反應的催化劑及其制備方法，本發明屬于電化學技術領域，特別是涉及一種用于電化學分解水反應的催化劑及其制備方法。本發明是為了解決現有電化學催化劑電催化活性低，催化反應單一，同時現有反應原料稀缺成本高的問題。本發明用于電化學分解水反應的催化劑以金屬離子硝酸鹽為前驅體，經靜電紡絲制備得到。方法:1、高壓靜電紡絲合成納米纖維前軀體；2、高溫煅燒制備鈣鈦礦結構LnBa_1?xSr_xCo_2?yFe_yO_5+δ催化劑材料。所得鈣鈦礦材料可作為雙功能催化劑應用于電解水反應。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，特別是涉及一種用于電化學分解水反應的催化劑及其制備方法。

背景技術

可持續能源的開發是經濟發展和社會進步的巨大推動力，每次新能源的采用都會促進人類社會進步，傳統能源如煤、石油、天然氣等近年來開采量較大，消耗過快，未來面臨著枯竭的危險。而且，傳統能源燃燒后污染嚴重，存在著嚴重的環境污染問題。隨著人們對于能源系統和環境保護的認知日益增強，尋找新的、無污染的替代能源勢在必行。一直以來，人們認為氫氣是一種理想的綠色清潔能源。作為一種零排放的能源，已被認為是替代化石燃料的有效能源載體。其中，水的電化學催化分解反應提出了一種大規模生產氫氣的有效方法。但是電解水能耗較大，效率低，緩慢的電極反應動力學限制了其大規模實際應用，因此需要找出一種價格低廉且性能良好的催化劑來提高催化制氫效率。人們已經開發了許多具有優異催化性能的析氧(OER)和析氫反應(HER)催化劑。目前，性能最好的電催化劑仍然為貴金屬基材料，例如催化OER的二氧化釕(RuO₂)和二氧化銥(IrO₂)；催化HER的鉑碳(Pt/C)材料。由于貴金屬的稀缺性和高成本，限制了他們的廣泛使用。

發明內容

本發明是為了解決現有電化學催化劑電催化活性低，催化反應單一，同時現有反應原料稀缺成本高的問題，提供了一種用于電化學分解水反應的催化劑及其制備方法。

本發明一種用于電化學分解水反應的催化劑以金屬離子硝酸鹽為前驅體，經靜電紡絲制備得到，記為LnBa_1-xSr_xCo_2-yFe_yO_5+δ催化劑；其中δ為0～0.5，x為0～0.5，y為0～0.4，Ln為Pr、Eu或Gd。

本發明用于電化學分解水反應的催化劑的制備方法是按以下步驟進行：

一、按照式子LnBa_1-xSr_xCo_2-yFe_yO_5+δ催化劑進行原料稱取，將原料加入到N,N-二甲基甲酰胺中，室溫條件下磁力攪拌至完全溶解，得到金屬離子硝酸鹽分散液；所述金屬離子硝酸鹽分散液的濃度為0.05～0.1mol/L；

二、將聚乙烯吡咯烷酮加入到金屬離子硝酸鹽分散液中，繼續磁力攪拌，得到靜電紡絲所需的前驅體溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮的質量與金屬離子硝酸鹽分散液的體積比為1g:(8～10)mL；

三、將靜電紡絲前驅體溶液注入到帶有不銹鋼針頭的注射器中，將注射器放置在靜電紡絲機中，調節靜電紡絲工作參數，通過旋轉接收網得到納米纖維材料；

四、對納米纖維材料進行真空干燥，然后在空氣氣氛下高溫燒結，即得

LnBa_1-xSr_xCo_2-yFe_yO_5+δ催化劑；其中δ為0～0.5，x為0～0.5，y為0～0.4。

本發明的優點：

1、本發明與傳統的高溫固相合成方法相比，該合成方法反應溫度低，時間短，在850～950℃煅燒5～6小時即可得到鈣鈦礦結構催化劑材料。