[發(fā)明專利]一種氧化釕負載雙金屬氫氧化物及其制備方法和應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110009000.8
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112853391B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 鄧意達;趙君;田千秋;韓曉鵬;胡文彬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/054;C25B1/04;B82Y30/00;B82Y40/00;C25B11/031;C25B11/051
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發(fā)明屬于電催化技術領域，公開了一種氧化釕負載雙金屬氫氧化物及其制備方法和應用，氧化釕負載雙金屬氫氧化物包括化學式為Co_(1?x)V_x(OH)₂,(0.1≤x≤0.3)的鈷釩雙金屬氫氧化物，鈷釩雙氫氧化物為團絮狀結構并且表面均勻負載有團簇尺寸的氧化釕；其制備方法采用一步油水乳液混合體系下的共沉淀法，同時采用螺旋氣路分散保護裝置通入氮氣或者氬氣氣體輔助；該氧化釕負載雙金屬氫氧化物可在電催化氧析出或氫析出反應中的應用。本發(fā)明具有少層納米尺度，材料比表面積大，電化學阻抗低；工藝流程短，所需設備簡單，能耗低，適合于工廠化大規(guī)模生產；能夠在電解水裝置和空氣電池上應用，催化析氧和析氫性能優(yōu)良。

技術領域

本發(fā)明屬于電催化技術領域，具體的說，是涉及一種雙氫氧化物及其制備方法和應用。

背景技術

為了擺脫人類活動對化石燃料的依賴，緩解環(huán)境污染和能源危機的威脅，發(fā)展綠色低碳的清潔能源至關重要。其中，新型儲能器件和電解水技術極具發(fā)展前景，而這類技術中都需要應用高效的電催化劑材料。貴金屬材料及其氧化物，如Pt、Pd、Ir、Ru等，具有穩(wěn)定的化學活性和穩(wěn)定性，可用于電催化氧析出(OER)或氫析出(HER)等催化反應。但貴金屬資源稀缺、價格昂貴限制了其大規(guī)模的應用。因此，過渡金屬(比如Fe、Co、Ni、Mn、Zn等)及其化合物(比如氧化物、硫化物、磷化物等)這樣的非貴金屬電催化劑，在儲能與轉換、催化等領域有望取代貴金屬而得到廣泛的應用。

電催化劑的大比表面以及表面暴露的活性位點決定了電催化劑的催化活性。將電催化劑制備成納米級片層結構可以使電催化劑在單位質量下具有更大的比表面積并且暴露更多的活性位點。過渡金屬的層狀雙氫氧化物(比如Co(OH)₂、Fe(OH)₂等)能通過水熱、溶劑熱、化學浴沉積、電沉積、微波輔助合成、離子交換等方法制備片層狀電催化材料，具有良好的OER性能，從而受到研究者廣泛重視。現(xiàn)有的電催化劑制備方法如：微波加熱和冷凝回流等都需要持續(xù)加熱等合成條件，并且無法實現(xiàn)宏量制備，所制備材料物理比表面積較小，可以提供的活性位點較少。例如：CN106563450A報道了一種采用微波加熱下的冷凝回流的方法制備α相Co(OH)₂的制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的是宏量制備高活性催化劑的技術問題，提供了一種氧化釕負載雙金屬氫氧化物及其制備方法和應用，氧化釕負載雙金屬氫氧化物以鈷和釩為基底材料元素的雙金屬氫氧化物具有獨特的團絮狀結構，氧化釕為團簇尺寸的負載相，其具有少層納米尺度，材料比表面積大，電化學阻抗低；其制備方法為油水乳液混合體系下的共沉淀法，同時采用分散保護裝置，所需設備簡單，工藝流程短，能耗低，適合于工廠化大規(guī)模生產；該材料具有優(yōu)良的催化析氧和析氫性能，可在電解水裝置和空氣電池上應用。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過以下的技術方案予以實現(xiàn)：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氧化釕負載雙金屬氫氧化物，包括鈷釩雙金屬氫氧化物，所述鈷釩雙金屬氫氧化物的化學式為Co_(1-x)V_x(OH)₂,(0.1≤x≤0.3)，所述鈷釩雙氫氧化物為團絮狀結構；所述鈷釩雙氫氧化物表面均勻負載有團簇尺寸的氧化釕。

進一步地，所述氧化釕中釕與所述鈷釩雙氫氧化物中鈷和釩總量的摩爾比為0.01～0.5。

進一步地，所述團絮狀結構由鈷釩雙氫氧化物的納米片無序搭建而成。

更進一步地，所述鈷釩雙氫氧化物的納米片尺寸為50～100nm，厚度為5～10nm。

更進一步地，所述鈷釩雙氫氧化物的納米片無序搭建形成孔徑為5～50nm的孔隙。

進一步地，所述氧化釕的團簇尺寸為0.5～2nm。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種所述氧化釕負載雙金屬氫氧化物的制備方法，該方法按照以下步驟進行：