[發明專利]一種稀土定點修飾的水滑石基析氧催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202211699445.4
• 申請日: 2022-12-28
• 公開（公告）號: CN116005189A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 彭立山;閆柯君;楊姣;陳慶軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院贛江創新研究院
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;C01G53/00;C01G51/00;C01G37/00
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 陳小龍

本發明提供一種稀土定點修飾的水滑石基析氧催化劑的制備方法，所述制備方法通過水熱法?堿刻蝕構造具有選擇性金屬空位的水滑石前驅體，之后將稀土元素定點引入該水滑石前驅體中，得到了稀土精準改性的水滑石基析氧催化劑；本發明所述的水滑石基析氧催化劑結構穩定、活性位豐富且析氧催化性和穩定性優異，具有大規模推廣應用前景。

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，尤其涉及一種稀土定點修飾的水滑石基析氧催化劑的制備方法。

背景技術

電解水已被認為是獲得氫能和高純氧最可靠的方式之一，其中應用比較廣泛、技術相對成熟的是堿性電解水，反應方程式為：2H₂O→2H₂+O₂。但在電解水的實際過程中，陽極的析氧反應涉及四電子轉移過程，整個產氧反應動力學過程較為緩慢，是影響電解水效率的關鍵瓶頸所在。目前催化效果較好的是貴金屬材料(IrO₂和RuO₂)，但成本較高。因此，設計并制備高性能、低成本的電解水催化劑對于提升反應效率、降低生產成本具有重要意義。

水滑石材料具有層板金屬可調，層間離子可控等優勢，且目前已經實現千噸級的工業化生成，這些特質使其在催化領域具有十分廣闊的應用空間。水滑石催化材料不僅可以作為催化化劑本身參與催化反應，也能作為催化劑的前驅體甚至載體合成出多種催化劑。但現如今的水滑石催化劑析氧穩定性還有待進一步提高，且它們的導電性較差不利于反應過程中電子轉移。此外，由于水滑石固有的片層結構，層間相互疊加，不利于活性位點的暴露。

CN111450881A公開了一種用于氯化氫氧化的改性Cu-Al水滑石催化劑，所述催化劑組成，以催化劑總重計，包括：活性材料：油酸根插層的Cu-Al水滑石，含量為2～30％；助劑：稀土元素和堿金屬元素，稀土元素以稀土氧化物計的含量為2～12％，堿金屬元素以堿金屬氧化物計的含量為0.1～5％；和含鋁載體，其含量為53～95.9％。

CN105514450A公開了一種氮摻雜石墨烯/鎳鐵類水滑石的非貴金屬雙功能氧催化劑及其制備方法和在堿性介質中對析氧反應和氧還原反應的電催化應用。該催化劑以膠束為模板，水熱條件下將鎳鐵類水滑石組裝到氧化石墨烯上形成球狀多孔的復合物，再在水熱條件下，將氧化石墨烯還原的同時摻雜碳化氮納米片，得到氮摻雜石墨烯/鎳鐵類水滑石氧催化劑。該方法包括：先將氧化石墨烯和金屬鹽分散到膠束中，堿性條件下水熱合成氧化石墨烯/類水滑石復合物，產物在水熱條件下摻雜碳化氮納米片，得到所述氧催化劑。

但是，上述催化劑的制備方法成本較高，且制備得到的催化劑的穩定性有待進一步提高。

因此，開發一種稀土定點修飾的水滑石基析氧催化劑的制備方法，對于提高催化劑電解水過程中的析氧穩定性具有重要意義。

發明內容

鑒于現有技術中存在的問題，本發明提供一種稀土定點修飾的水滑石基析氧催化劑的制備方法，通過水熱法-堿刻蝕構造具有選擇性金屬空位的水滑石前驅體，之后將稀土元素定點引入該水滑石前驅體中，得到了稀土精準改性的水滑石基析氧催化劑；所述水滑石基析氧催化劑結構穩定、活性位豐富且析氧催化性和穩定性優異，具有大規模推廣應用前景。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種稀土定點修飾的水滑石基析氧催化劑的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)混合過渡金屬鹽溶液、堿金屬鹽溶液和堿性溶液，進行水熱反應，得到第一產物；所述堿金屬鹽溶液中的堿金屬包括Zn或Al；

(2)所述第一產物分散于堿溶液中進行刻蝕，得到第二產物；

(3)所述第二產物分散于水溶液中后，滴加含稀土離子的溶液，調節pH，在惰性氣氛下攪拌后，依次經第一固液分離、水洗和第一干燥，得到所述稀土定點修飾的水滑石基析氧催化劑。