[发明专利]一种用于电解水析氧的MnCoFe三元催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于电解水析氧的MnCoFe三元催化剂，其特征为该催化剂为具有立方形和球形形貌的MnCoFe三元反尖晶石催化剂；催化剂的载体为碳材料或金属材料，活性物质为立方形MnCoFe三元反尖晶石纳米颗粒；负载量为20% ~ 60%；

所述的碳材料为炭黑、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、乙炔黑或碳纳米管；金属材料为泡沫镍片或泡沫铜片；

所述的用于电解水析氧反应的MnCoFe三元催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将可溶性铁盐、可溶性钴盐和可溶性锰盐溶于水中，得到溶液A；

其中，每20 ~ 80 mmol 总金属元素摩尔数（n (Mn) + n (Co) + n (Fe)）溶于20~120ml水的配比，n (Mn) ：n (Co) ：n (Fe) = 0.2 ~ 0.8 ：0.2 ~ 0.8 ：2；

步骤2：每60~200 mmol油酸钠溶于200 ~ 300 ml体积比为1 ~ 8：1 ~ 8的乙醇与正己烷的混合溶液中，形成溶液B；

步骤3：将溶液B加入溶液A中，形成溶液C，其中溶液A与溶液B的体积比为1：2 ~ 4；

步骤4：将溶液C加热至50 ~ 80℃，回流反应2 ~ 6 h，然后用分液漏斗分离得到上层油酸金属配合物溶液，即溶液D；

步骤5：按照每20 ~ 40 ml的溶液D中加入0.5 ~ 0.8 g油酸和 20 ~ 30 g十八烯的配比，得到溶液E；

步骤6：随后在Ar气氛，搅拌的条件下，将溶液E加热至100 ~ 150℃并保温20 ~ 40min，再以2.5 ~ 4.5℃/min的升温速率加热至300 ~ 400℃回流20 ~ 60 min，得到溶液F；

步骤6：待溶液F冷却至室温后，加入乙醇出现沉淀，得到纳米颗粒G；

步骤7：用体积比为1 ~ 3 ：1 ~ 3的正己烷和乙醇混合溶液离心洗涤，得到洗涤后的纳米颗粒G；

步骤8：将洗涤后的纳米颗粒G加入到正己烷中分散，得到分散液H；

每40 ~ 80 ml正己烷中加入20 ~ 40 mg洗涤后的纳米颗粒G；

步骤9：为以下两种方式之一：

当载体为碳材料时，将碳载体置于分散液H中，搅拌过夜得到混合物I；每10 ~ 50 mL分散液H中加入200 ~ 800 mg碳载体；

或者，当载体为金属材料时，将其浸没于分散液H中，搅拌过夜得到混合物I；

步骤10：将混合物I在40 ~ 60℃下，旋蒸得到MnCoFe三元催化剂M。

2.如权利要求1所述的用于电解水析氧的MnCoFe三元催化剂，其特征为所述的立方形MnCoFe三元反尖晶石纳米颗粒主要暴露（400）晶面，从XRD峰强度可以得到立方形颗粒的（400）峰强度是（311）晶面峰强度的2~4倍；球形MnCoFe三元反尖晶石纳米颗粒主要暴露（311）晶面，此类形貌中（311）晶面的XRD峰强度是（400）峰强度的2~4倍。

3.如权利要求1所述的用于电解水析氧的MnCoFe三元催化剂，其特征为制备方法步骤（1）中所述的可溶性铁盐为氯化铁或硝酸铁，所述的可溶性钴盐为氯化钴或硝酸钴，所述的可溶性锰盐为氯化锰或硝酸锰。

4.如权利要求1所述的用于电解水析氧的MnCoFe三元催化剂，其特征为制备方法步骤9中，当载体为金属材料时，载体的尺寸为1 ~ 3 cm * 1 ~ 3 cm。

5.如权利要求1所述的用于电解水析氧的MnCoFe三元催化剂的应用，其特征为用于电催化裂解水制氧。