[发明专利]Ru-Hf-Sn三元氧化物活性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于应用电化学和能源工业的电极材料领域，涉及一种具有高电催化性能的材料及其制备方法，具体涉及Ru-Hf-Sn三元氧化物活性材料及其制备方法。

背景技术

1967年含有贵金属元素的氧化物问世后，人们发现这类氧化物具有非常高的电催化活性，因此被称为活性氧化物材料，或简单称为活性材料。该活性材料在电化学工业逐渐取代了人造石墨。到目前为止，最为优越的活性材料仍然是含钌氧化物材料。大量实验表明，采用了与二氧化钌具有相同晶体结构（即金红石相）的氧化物为载体，不仅能使电催化性能提高，而且明显降低贵金属的用量，从而降低成本。最为常见的活性氧化物有以钛和锡为载体的Ti-Ru、Sn-Ru、Ti-Ru-Ir、Sn-Ru-Ir、Sn-Ru-Ti等二元或多元氧化物材料。采用与二氧化钌具有不同晶体结构的氧化物为载体是人们探索如何进一步降低成本的重要课题，研究的其它载体还有Co、Ce、Si、等。在本科研团队主持的国家自然科学基金项目“纳米活性氧化物载体材料”的研究中，对其它氧化物进行了系统的研究，发现如果能控制氧化物的晶型，将有可能获得新型的混合氧化物活性材料。二氧化铪属于高介电系数材料，添加该元素往往不利于活性，本团队的研究发现，采用适当的制备技术可以获得具有立方结构的氧化物。将其与二氧化钌混合，可以制备出具有高电催化性能的材料，该发明已经申请了发明专利（《一种含Hf氧化物活性材料及其制备方法》申请号201110110826.X）。在此基础上，本团队发现，采用添加SnO₂的方法，可以获得性能比Ru-Hf二元氧化物更为优越的活性材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ru-Hf-Sn三元氧化物活性材料及其制备方法，该活性材料比Ru-Hf二元氧化物具有更加优越的综合性能，且制备方法简单，可操作性强，原料易得，成本低。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的Ru-Hf-Sn三元氧化物活性材料中含有Ru、Hf和Sn的氧化物。

所述的活性材料中Ru和Hf的摩尔比为1:1。所述的活性材料中Hf+Ru的摩尔含量≥50%。所述的活性材料中Hf+Ru和Sn的摩尔比为50-90∶10-50。所述的活性材料中Hf+Ru和Sn的摩尔比为70∶30。

所述的制备方法的具体步骤如下：

1）活性浆液的配制：活性组元以RuCl₃为源物质，非活性组元Hf以HfCl₄为源物质，添加元素Sn以SnCl₄或SnCl₂为源物质；按Hf+Ru和Sn的摩尔比称取各源物质，分别溶于乙醇，待充分溶解后混合均匀得活性浆液；

2）活性浆液的烧结：将步骤1）所述的活性浆液，经80~100℃加热蒸发至干燥状态，再经120~180℃加热固化10-30分钟后，在250~400℃的箱式炉中氧化烧结1-2小时，出炉冷却，即制得所述的Ru-Hf-Sn三元氧化物活性材料。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明通过采用合适的制备工艺，可以稳定涂层的组织结构，细化晶粒，从而可以获得高活性的含Ru氧化物。通过本发明的工艺可以获得三元的氧化物活性材料，为电极材料提供了一种新的成分设计方案。由于含有较高含量的非贵金属元素Hf与Sn，使得电极材料的成本大为下降。

（2）采用本发明的制备工艺可以解决采用常规技术无法获得的高电催化材料的缺陷。采用本发明的制备工艺获得的显微组织体现出了非晶态的结构形态，从而有效地使三种离子的混合，最终获得高度分散的组织结构和高度分配的活性中心，从而大幅度提高了含Ru氧化物材料的电催化活性。

（3）本发明选择的制备原料简单，易得，工艺稳定。选用的氯化盐为源物质，使它们在浆液混合、烧结和后续热处理中始终保持高比例的混合和分配状态，获得的Ru-Hf-Sn三元氧化物活性材料，成本很低，工艺简单、可行，达到了实用化和工业化的条件。

（4）本发明的Ru-Hf-Sn三元氧化物活性材料具有比现有的RuO₂材料高得多的电催化活性，其稳定性和电催化活性也比RuO₂-HfO₂有了明显的提高，可以应用于水溶液电解、超电容、有机溶液电解、燃料电池等电化学部件和器件。

附图说明