[發(fā)明專利]一種銅鈷析氧催化劑的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110921500.9
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113652710B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 吳笑雨;郝珍;王杰鵬;李朋喜;宋金磊;岳飛飛;魏海興;孫岳濤;張斯宇;王桂洲
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一八研究所;中國船舶集團有限公司
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 中國船舶專利中心 11026
• 代理人: 欒碩

本發(fā)明實施例公開了一種銅鈷析氧催化劑的制備方法，包括將濃度為40～100g/L的七水合硫酸鈷和濃度為20～60g/L為無水硫酸銅溶于水配制前驅體本體溶液；在對溶液保持攪拌的條件下，將濃度為1～6mol/L的氫氧化鉀溶液逐滴加入到溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.5～12，控制溶液反應溫度為20～60℃，反應時間為2～6h，完成反應后，將溶液靜置6～16h；對溶液進行真空抽濾洗滌，將得到的濾餅用水洗滌后置于干燥溫度設為60～120℃，干燥時間設為6～15h的烘箱中干燥，得到前驅體材料；將前驅體材料研磨成粉，置于燒結條件為升溫速率為2～5℃/min，燒結溫度為300～450℃，燒結時間為2～5h的燒結爐中燒結；燒結后降溫至室溫，得到高活性、高穩(wěn)定性且低成本的銅鈷析氧催化劑。

技術領域

本發(fā)明涉及堿性電解水、陰離子交換膜電解水等技術領域，特別是一種銅鈷析氧催化劑的制備方法。

背景技術

水電解制氫技術相較于其他制氫技術具有工藝簡單、氫氣純度高、環(huán)境友好等特點。堿性水電解技術目前已實現(xiàn)商業(yè)化應用，但是，由于其系統(tǒng)的高內(nèi)阻和慢響應導致其電解效率較低。陰離子交換膜(AEM)水電解技術以堿性聚合物電解質膜為新型隔膜材料，以非貴金屬催化劑為析氫、析氧催化材料，具有電流密度高、堿液濃度低等優(yōu)點，可大幅縮小電解槽的體積。相較于質子交換膜(PEM)水電解依賴鉑系貴金屬催化劑，AEM水電解技術可大幅降低設備的制造成本。綜合來說，AEM水電解技術綜合了傳統(tǒng)堿性水電解低成本和PEM高電流密度的優(yōu)點，具有極大的發(fā)展及應用前景。

目前，AEM水電解技術降低能耗的關鍵在于降低水電解分解電壓，主要通過開發(fā)新型析氫、析氧催化劑等來實現(xiàn)，其中，重點在于降低析氧反應的過電位。研究開發(fā)高活性、廉價的堿性析氧催化劑可以降低電解槽生產(chǎn)成本，降低分解電壓。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術中存在的上述問題，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鈷的氧化物表現(xiàn)出較好的堿性催化析氧活性，包括銅鈷氧化物、鎳鈷氧化物等，而本發(fā)明實施例則基于研究，提供了一種高活性、高穩(wěn)定性且低成本的銅鈷析氧催化劑的制備方法。

本發(fā)明實施例提供的銅鈷析氧催化劑的制備方法，包括如下步驟：

將七水合硫酸鈷和無水硫酸銅溶于水配制前驅體本體溶液，其中，所述七水合硫酸鈷濃度為40～100g/L，所述無水硫酸銅濃度為20～60g/L；

在對溶液保持攪拌的條件下，將濃度為1～6mol/L的氫氧化鉀溶液逐滴加入到溶液中，調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.5～12，控制溶液反應溫度為20～60℃，反應時間為2～6h，并在完成反應后，將溶液靜置6～16h；

對溶液進行真空抽濾洗滌，將得到的濾餅用水洗滌后置于烘箱中干燥，得到前驅體材料，其中，干燥溫度設為60～120℃，干燥時間設為6～15h；

將所述前驅體材料研磨成粉，置于燒結爐中燒結，燒結條件為：升溫速率為2～5℃/min，燒結溫度為300～450℃，燒結時間為2～5h；

燒結后降溫至室溫，得到銅鈷析氧催化劑。

在本發(fā)明的一些實施例中，在向溶液中加氫氧化鉀溶液前，所述制備方法還包括：

對溶液進行超聲處理和攪拌處理，其中，所述超聲處理的處理時間為20～40min，所述攪拌處理的處理時間為20～60min，攪拌速度為200～800r/min。

在本發(fā)明的一些實施例中，在將濃度為1～6mol/L的氫氧化鉀溶液逐滴加入到溶液的過程中，將溶液的攪拌速度控制在400～800r/min。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述七水合硫酸鈷的濃度為70g/L，所述無水硫酸銅的濃度為40g/L。

在本發(fā)明的一些實施例中，所述氫氧化鉀溶液的濃度為2mol/L，調(diào)節(jié)溶液的pH為11，溶液反應溫度為50℃，反應時間為2h，靜置時間為12h。