[发明专利]催化剂及其制备方法和用途、水分解系统

说明书

本发明提供了催化剂及其制备方法和用途、水分解系统。该催化剂包括：由金属、泡沫镍以及均苯三甲酸形成的配合物。该催化剂的催化活性高，尤其是电催化水分解的活性特别突出，稳定性强，且制备工艺简单可控、成本较低，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及催化剂及其制备方法和用途、水分解系统。

背景技术

随着环境污染和与传统化石燃料相关的能源短缺，可持续的能源采集模式受到了很多关注。因此，开发清洁可持续的新能源然被提上日程。通过电解水产生氧气和氢气能够有效缓解当前能源危机。然而，整个水分解系统的速率受到阳极中缓慢的水氧化反应的阻碍，严重阻碍了水分解效率的提高。因此，非常需要发展用于加速水氧化反应的高活性和低成本的催化剂。但目前用于电催化分解水的催化剂的催化活性较低。

因而，现有的催化剂的相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的以下发现而完成的：

在相关技术中，过电位的降低一直是研究的重点。例如，降低过电位而制备的Mn₃N₂/NF催化剂，当电流密度为100mA/cm²时，其电催化析氧反应的过电位为390mV；由此可见，目前用于电解水的催化剂，其电催化析氧反应的过电位的降低较为困难，相关技术中也鲜有能够将电催化析氧反应的过电位降至较低的催化剂报道。然而，电催化析氧反应的过电位降低对于电解水的催化剂具有极为重要的意义。

基于此，发明人对于电催化分解水的催化剂的种类和催化机理进行了深入的考察与大量实验验证后惊喜地发现，当催化剂中包括由金属、泡沫镍以及均苯三甲酸形成的配合物时，金属、泡沫镍以及均苯三甲酸三者之间可以相互配合起到很好的协同作用，相较于在相关技术中其他种类的催化剂，该配合物中能够提供更多的活性位点，进而可以使得包括该配合物的催化剂的催化活性高，尤其是电催化水分解的活性特别突出，稳定性强。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种催化活性高、电催化水分解的活性特别突出、稳定性强、制备工艺简单可控、成本较低、或者易于实现工业化生产的催化剂。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种催化剂。根据本发明的实施例，该催化剂包括：由金属、泡沫镍以及均苯三甲酸形成的配合物。发明人发现，由于在包括该配合物的催化剂中，金属、泡沫镍以及均苯三甲酸三者之间相互配合起到协同作用，相较于在相关技术中其他种类的催化剂，该配合物中能够提供更多的活性位点，进而可以使得包括该配合物的催化剂的催化活性高，尤其是电催化水分解的活性特别突出，稳定性强，且制备工艺简单可控、成本较低，易于实现工业化生产。

根据本发明的实施例，所述金属包括铁、钴和镍中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述催化剂满足以下条件的至少之一：当电流密度为100mA/cm²时，使电催化析氧反应的过电位不大于243mV；在不低于40000s的电催化析氧反应过程中，催化电流保持稳定。

根据本发明的实施例，在所述配合物中，镍元素、铁元素与均苯三甲酸的摩尔比为(2.8～4)：1：(0.67～1.53)。

根据本发明的实施例，所述配合物的化学式为C₅₄H₁₀₅Ni₂₇Fe₉O_82.5。