[发明专利]一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法

说明书

一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法，本发明属于电化学技术领域，特别是涉及一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法。本发明是为了解决现有电化学催化剂电催化活性低，催化反应单一，同时现有反应原料稀缺成本高的问题。本发明用于电化学分解水反应的催化剂以金属离子硝酸盐为前驱体，经静电纺丝制备得到。方法:1、高压静电纺丝合成纳米纤维前躯体；2、高温煅烧制备钙钛矿结构LnBa_1‑xSr_xCo_2‑yFe_yO_5+δ催化剂材料。所得钙钛矿材料可作为双功能催化剂应用于电解水反应。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，特别是涉及一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法。

背景技术

可持续能源的开发是经济发展和社会进步的巨大推动力，每次新能源的采用都会促进人类社会进步，传统能源如煤、石油、天然气等近年来开采量较大，消耗过快，未来面临着枯竭的危险。而且，传统能源燃烧后污染严重，存在着严重的环境污染问题。随着人们对于能源系统和环境保护的认知日益增强，寻找新的、无污染的替代能源势在必行。一直以来，人们认为氢气是一种理想的绿色清洁能源。作为一种零排放的能源，已被认为是替代化石燃料的有效能源载体。其中，水的电化学催化分解反应提出了一种大规模生产氢气的有效方法。但是电解水能耗较大，效率低，缓慢的电极反应动力学限制了其大规模实际应用，因此需要找出一种价格低廉且性能良好的催化剂来提高催化制氢效率。人们已经开发了许多具有优异催化性能的析氧(OER)和析氢反应(HER)催化剂。目前，性能最好的电催化剂仍然为贵金属基材料，例如催化OER的二氧化钌(RuO₂)和二氧化铱(IrO₂)；催化HER的铂碳(Pt/C)材料。由于贵金属的稀缺性和高成本，限制了他们的广泛使用。

发明内容

本发明是为了解决现有电化学催化剂电催化活性低，催化反应单一，同时现有反应原料稀缺成本高的问题，提供了一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法。

本发明一种用于电化学分解水反应的催化剂以金属离子硝酸盐为前驱体，经静电纺丝制备得到，记为LnBa_1-xSr_xCo_2-yFe_yO_5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4，Ln为Pr、Eu或Gd。

本发明用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法是按以下步骤进行：

一、按照式子LnBa_1-xSr_xCo_2-yFe_yO_5+δ催化剂进行原料称取，将原料加入到N,N-二甲基甲酰胺中，室温条件下磁力搅拌至完全溶解，得到金属离子硝酸盐分散液；所述金属离子硝酸盐分散液的浓度为0.05～0.1mol/L；

二、将聚乙烯吡咯烷酮加入到金属离子硝酸盐分散液中，继续磁力搅拌，得到静电纺丝所需的前驱体溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮的质量与金属离子硝酸盐分散液的体积比为1g:(8～10)mL；

三、将静电纺丝前驱体溶液注入到带有不锈钢针头的注射器中，将注射器放置在静电纺丝机中，调节静电纺丝工作参数，通过旋转接收网得到纳米纤维材料；

四、对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得

LnBa_1-xSr_xCo_2-yFe_yO_5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4。

本发明的优点：

1、本发明与传统的高温固相合成方法相比，该合成方法反应温度低，时间短，在850～950℃煅烧5～6小时即可得到钙钛矿结构催化剂材料。