[发明专利]一种介孔多层饼状双金属析氧电催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于析氧电催化剂技术领域，涉及一种介孔多层饼状双金属析氧电催化剂及制备方法和应用。包括由四氧化三钴和二氧化铈组成的复合物，所述复合物形成多层饼状微结构，每层饼状结构上具有介孔结构，饼状结构的直径为2‑5µm。制备方法为四水合乙酸钴和六水合硝酸铈的混合水溶液中加入氢氧化钾溶液，然后加热反应，静置沉淀后进行固液分离，固体热处理后得到催化剂。解决了Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;电子导电性较差、活性位点较少的问题；解决了目前电解水过程存在的效率低的问题。

技术领域

本发明属于析氧电催化剂技术领域，具体涉及一种介孔多层饼状双金属析氧电催化剂及制备方法和应用。

背景技术

目前全球的将近94%的氢气是通过化石燃料重整制得，生产过程伴随着大量的CO2的排放。而电解水技术是制备高纯“绿氢”的重要途径，且整个过程无污染物排放。电解水过程包括阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。其中OER过程涉及4个电子耦合以及多种化学键的形成和断裂，因此动力学过程非常缓慢，是制约整个电解水过程效率的关键所在。Ru和Ir及其氧化物依然是仅有的商业化的OER电催化剂，但是由于贵金属储量有限、价格昂贵，其它的一些非贵金属OER电催化剂由于电子导电性较差、活性位点较少等严重制约着其催化活性的提升。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种介孔多层饼状双金属析氧电催化剂及制备方法和应用。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种介孔多层饼状双金属析氧电催化剂，包括由四氧化三钴和二氧化铈组成的复合物，所述复合物形成多层饼状微结构，每层饼状结构上具有介孔结构，饼状结构的直径为2-5µm。

过渡金属Co₃O₄具有独特的3d电子结构，但是Co₃O₄电子导电性较差、活性位点较少等严重制约着其催化活性的提升。本发明涉及一种由四氧化三钴（Co₃O₄）和二氧化铈（CeO₂）组成的复合物，二氧化铈的加入能够优化Co₃O₄电子导电性，降低了Co₃O₄的晶粒尺寸，增加了缺陷位点的数量。

由四氧化三钴和二氧化铈组成的复合物形成了独特的多层饼状微结构，每层饼状结构上具有介孔结构，并且每层饼状结构并不是贴合的，而是层与层之间的边缘是张开的，有利于提高物质的传输。

上述本发明提供的析氧电催化剂极大的提高了材料的析氧反应催化活性。

优选的，平均直径为3µm。

在本发明的一些实施方式中，所述复合物中钴元素和铈元素的摩尔比为2-4:1。本发明调节了钴元素和铈元素的摩尔比例，有利于提高催化剂的性能。

第二方面，上述介孔多层饼状双金属析氧电催化剂的制备方法，所述方法为：

四水合乙酸钴和六水合硝酸铈的混合水溶液中加入氢氧化钾溶液，然后加热处理，反应后静置；

静置后形成沉淀和上清液，固液分离后，得到的固体经过热处理得到析氧电催化剂。

本发明通过先形成双金属的混合水溶液，然后加入氢氧化钾，形成双金属的氢氧化物，通过静置形成沉淀，然后分离沉淀物和混合液，最后对得到的固体进行热处理。本发明的制备方法，有助于形成多层饼状微结构。

在本发明的一些实施方式中，四水合乙酸钴和六水合硝酸铈的摩尔比为2:1~12:1。

在本发明的一些实施方式中，四水合乙酸钴和六水合硝酸铈的混合水溶液中，四水合乙酸钴和六水合硝酸铈的总摩尔量与水的体积的比为8-12mmoL:100mL；优选为10mmoL:100mL。