公布日：2024.06.11
申請日：2022.12.09
分類號：C25B11/091(2021.01)I;C25B1/04(2021.01)I;C25B9/00(2021.01)I
摘要
本發(fā)明公開一種電解水催化析氧的催化劑和工作電極的制備方法及裝置。所述催化劑為釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料。并采用該催化劑制備工作電極。所述釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料中的金屬釔的氧化物的納米直徑在1-5nm。負(fù)載的釔（Y）金屬氧化物納米粒子更小，提供了更多的催化活性位點，大大提高OER性能。
權(quán)利要求書
1.一種電解水催化析氧的催化劑的制備方法，包括以下步驟：(a)在真空度為200-500Pa，溫度為295-305℃的條件下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔通過蒸發(fā)負(fù)載于權(quán)利要求1或2所述方法制備的鈦-鉬雙金屬有機材料粉末；(b)步驟(a)產(chǎn)物在700-1200℃下煅燒3-5h，得到釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料中的金屬釔的氧化物的納米直徑在1-5nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的制備方法，包括以下步驟：含有1,3-金剛烷二羧酸、異丙醇和DMF的混合溶液和鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬的水溶液混合1～2h，獲得前驅(qū)體溶液；在130-160℃的溫度下采用溶劑熱反應(yīng)48-72h，得到沉淀，洗滌，干燥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬、1,3-金剛烷二羧酸的質(zhì)量比為0.850～0.880：0.385～0.395：0.450～0.550g。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔與鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的質(zhì)量比為5-10：20-50。
6.一種電解水催化析氧的工作電極的制備方法，包括以下步驟：(1)權(quán)利要求1-5任一項所述的電解水催化析氧催化劑溶解于N,N-二甲基甲酰胺和水溶液中，滴加至玻碳電極上，晾干；(2)將Nafion溶液和異丙醇溶液滴加至步驟(1)所得電極上，晾干。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法制備的電解水催化析氧的工作電極。
8.一種電解水催化析氧裝置，包括以下組件：權(quán)利要求7所述的電解水催化析氧的工作電極、甘汞電極做參比電極、Pt絲做輔助電極，KOH溶液作為電解液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述KOH溶液的濃度在1-3molL-1。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述的技術(shù)的不足之處，提供了一種OER催化劑和工作電極的制備方法，用來解決現(xiàn)有金屬負(fù)載納米粒子團(tuán)聚、粒子直徑較大、負(fù)載困難的技術(shù)難題。還提供了OER裝置。
為達(dá)到以上發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的制備方法，包括以下步驟：含有1,3-金剛烷二羧酸、異丙醇和DMF的混合溶液和鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬的水溶液混合1～2h，獲得前驅(qū)體溶液；在130-160℃的溫度下采用溶劑熱反應(yīng)48-72h，得到沉淀，洗滌，干燥。
作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬、1,3-金剛烷二羧酸的質(zhì)量比為0.850～0.880：0.385～0.395：0.450～0.550g。
作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述溶劑熱采用異丙醇、DMF、水中的一種或多種做溶劑。
作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述洗滌包括以下步驟：用DMF洗滌，然后用異丙醇洗滌。
作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述干燥包括以下步驟：60-100℃溫度下干燥24h-48h。
一種釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
(a)在真空度為200-500Pa，溫度為295-305℃的條件下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔通過蒸發(fā)負(fù)載于鈦-鉬雙金屬有機材料粉末；
(b)步驟(a)產(chǎn)物在700-1200℃下煅燒3-5h。
本發(fā)明所述的釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料的制備方法中，所述三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔與鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的質(zhì)量比為5-10：20-50。
作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述的釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料的制備方法中，所述蒸發(fā)負(fù)載的時間為3-10h。
本發(fā)明所述釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料中的金屬釔的氧化物的納米直徑在1-5nm。負(fù)載的釔(Y)金屬氧化物納米粒子更小，大大提高OER性能。
1,3金剛烷二羧酸由于其結(jié)構(gòu)特殊相比對苯二甲酸更加能使Ti和Mo雙金屬有機有機復(fù)合材料孔道支撐更穩(wěn)定，高溫穩(wěn)定不易塌陷，由于Ti和Mo雙金屬有機有機復(fù)合材料的比表面積較大，它在催化性能上面有著獨特的優(yōu)勢。
一種電解水催化析氧(OER)工作電極的制備方法，包括以下步驟：
(1)釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料溶解于N,N-二甲基甲酰胺和水溶液中，滴加至玻碳電極上，晾干；
(2)取Nafion溶液和異丙醇溶液滴加至步驟(1)所得電極上，晾干。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述玻碳電極的直徑為3mm。
作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述步驟(1)中，5-10mg釔負(fù)載鈦-鉬雙金屬有機復(fù)合材料、300ul-500ul的N,N-二甲基甲酰胺和400ul-700ul的水制成混合溶液；取3-10ul滴加至直徑為3mm的玻碳電極上。
本發(fā)明所述的Nafion溶液和異丙醇的體積比為2：8-10。
作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明所述步驟(2)中，0.3-5ul，優(yōu)選0.5-3ulNafion溶液和異丙醇溶液滴加至步驟(1)所得電極上。
Nafion溶液一種電解水催化析氧(OER)的裝置，包括以下組件：本發(fā)明所述的電解水催化析氧(OER)工作電極、甘汞電極做參比電極、Pt絲做輔助電極，KOH溶液作為電解液。
本發(fā)明所述KOH溶液的濃度在1-3molL-1。
本發(fā)明電解水催化劑金屬釔氧化物的納米粒子都在5nm以下，950℃Y-C-N/MO3TiO2金屬釔氧化物的納米粒子最小達(dá)到了2nm，電解水催化析氧性能更加優(yōu)異，其析氧的起始電位更低1.41V，電化學(xué)活性的比表面積更大達(dá)到了885uFcm-2，Tafel斜率最小43mV/dec，此發(fā)明提高了電解水的催化效率，使得電解水經(jīng)濟(jì)成本更加的低廉。
（發(fā)明人：康宏濤;潘光政;李衛(wèi)飛）
