[发明专利]FeCo-PPc催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种FeCo‑PPc催化剂及其制备方法和应用。在本发明的一个实施例中，FeCo‑PPc催化剂的制备方法包括如下步骤：将PMDA、尿素、氯化铵、钼酸铵、Fe盐和Co盐按预定比例混合并研磨，得到的混合物在220℃加热3小时，待冷却至室温后，依次用水和有机溶剂进行洗涤，最后干燥即得。本发明的FeCo‑PPc催化剂应用于OER反应具有优异的催化活性和稳定性，并具有制备方法简单、易于实现规模化工业生产的优点。

技术领域

本发明涉及OER催化剂领域；更具体地，是涉及一种应用于OER反应的FeCo-PPc催化剂及其制备方法。

背景技术

随着能源需求的迅速增长，日益严重的能源危机和环境问题已成为制约能源产业发展的重要因素，因此有必要建立可持续发展的清洁能源体系。其中，与电化学有关的能源转化和存储装置受到越来越多的关注，最有代表性的两个研究方向是金属-空气电池和电解水。

在例如金属-空气电池和电解水的诸多能量存储过程中，OER反应(析氧反应)是重要的反应之一，而四电子转移OER反应过程(4OH^-→2H₂O+4e^-+O₂，在碱性介质中)的反应动力学缓慢，是限制电解水效率的关键因素。例如RuO₂和IrO₂的贵金属氧化物是目前最有效的OER催化剂，但成本高、资源有限和稳定性差的问题极大地限制了其大规模的商业应用。因此，设计低成本、高性能的非贵金属基OER催化剂，以促进反应动力学是加速电解水工业化的关键步骤。

在非贵金属基OER催化剂中，MOFs(金属有机骨架)材料由于其可调节的结构、大的比表面积和可控的电性能而受到了广泛的关注。MOFs材料可以用作制备各种OER催化剂的前体，也可以直接用作OER催化剂。目前，开发MOFs材料OER催化剂的有效策略主要集中在提高其固有活性和暴露大量活性位点。

M-PPc(金属聚酞菁)是一种共轭芳香结构，由具有可调节氧化态的过渡金属中心和大环配体骨架组成。M-PPc不同于M-Pc(金属酞菁)，因为其并不是M-Pc的聚合物；也就是说，聚酞菁的单体单元不是酞菁，聚酞菁的催化特征也不与酞菁相对应。现有技术中，M-PPc一般作为模板或前驱体制备电催化剂，而不是直接用于OER反应的电催化。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种FeCo-PPc催化剂及其制备方法和应用，该FeCo-PPc催化剂不仅易于制备及实现大规模工业化生产，而且在工业运行环境下对于OER反应具有优异的催化活性和稳定性。

本发明的一个方面涉及一种用于OER反应的FeCo-PPc催化剂，具有如下所示的结构式：

其中，Fe和Co的摩尔比为1:1。

本发明的另一方面涉及上述FeCo-PPc催化剂在OER反应中的应用。

本发明的再一方面涉及一种用于OER反应的FeCo-PPc催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1，将PMDA(均苯四甲酸二酐)、尿素、氯化铵、钼酸铵、Fe盐和Co盐按预定比例混合并研磨；其中，所述Fe盐和所述Co盐的摩尔比为1:1；

S2，将步骤S1所得混合物在200～320℃加热2～5小时；

S3，将步骤S2所得产物冷却后依次用水和有机溶剂洗涤，然后干燥即得所述FeCo-PPc催化剂。

具体的，步骤S1中，将1.7摩尔份PMDA、10摩尔份尿素、3摩尔份氯化铵、0.35毫摩尔份钼酸铵、0.37摩尔份铁盐和0.37摩尔份钴盐混合并研磨。

具体的，所述Fe盐为氯化铁。

具体的，所述Co盐为氯化钴。