一种高熵氧化物及其制备方法和应用与流程

本发明属于催化剂，具体涉及一种高熵氧化物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能是未来最具发展潜能的能源之一，传统的制氢方法如化石燃料制氢、甲醇重整制氢、水煤气制氢能耗大，伴随co2产生，不可持续。电解水制氢原料丰富、安全性高、无碳排放，是理想的氢能来源。

2、水分解反应分为析氢和析氧两个半反应，电解水分解会受到缓慢动力学和能垒的影响。迄今为止，水分解反应中使用最广泛的催化剂仍为pt基、ru贵金属基催化剂。贵金属资源稀缺、成本高昂，开发高效、经济的非贵金属功能催化剂十分重要。cn102218322a公开了一种制氢催化剂，以曙红作为敏化剂，碳纳米管作为载体和光生电子通道，铜基复合金属氧化物作为助催化剂；铜基复合氧化物为cuo-nio、cuo-co2o3、cuo-cr2o3、cuo-ceo2、cuo-mno2、cuo-feo、cuo-fe2o3、cuo-fe3o4、cuo-zno、cuo-pbo、或 cuo-bi2o3。上述制氢催化剂实现了催化剂非铂化，在光催化还原水制氢方面具有一定的应用价值，但在电解水制氢方面的应用价值并不突出。

技术实现思路

1、本发明的第一目的是提供一种高熵氧化物。

2、本发明的第二目的是提供上述高熵氧化物的制备方法。

3、本发明的第三目的是提供一种催化电极。

4、本发明的第四目的是提供上述催化电极在电解水中的应用。

5、为实现上述目的，本发明提供以下具体的技术方案。

6、首先，本发明提供一种高熵氧化物，所述高熵氧化物由镍、钴、铁、铬、铈元素的氧化物组成。

7、在进一步的优选方案中，所述高熵氧化物中镍、钴、铁、铬、铈元素的摩尔比为1：1：1：1：1。

8、在进一步的优选方案中，所述高熵氧化物为纳米颗粒。

9、其次，本发明提供上述高熵氧化物的制备方法，包括以下步骤：

10、将f127（丙烯酰化聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物）溶解在去离子水和无水乙醇组成的乙醇溶液中，超声处理后加入氨水，然后加入单宁酸溶液和甲醛，搅拌，得到混合溶液a；

11、在混合溶液a中按钴、镍、铁、铬、铈的摩尔量为1：1：1：1：1的比例加入可溶性钴盐、镍盐、铁盐、铬盐、铈盐，加热反应；反应结束后，冷却至室温，固液分离，洗涤、干燥、煅烧固相，得到高熵氧化物。

12、在进一步的优选方案中，所述乙醇溶液中无水乙醇的含量为15-50wt%。

13、在进一步的优选方案中，每1l乙醇溶液中加入2-12g的f127。

14、在进一步的优选方案中，所述氨水的质量分数为15-28 %；每1l乙醇溶液中加入氨水10-60ml。

15、在进一步的优选方案中，所述单宁酸溶液的浓度为0.1-0.5g/ml；每1l乙醇溶液中加入60-180ml单宁酸溶液。

16、在进一步的优选方案中，每1l乙醇溶液中加入6-24ml甲醛。

17、在进一步的优选方案中，每1l混合溶液a中加入的钴、镍、铁、铬、铈的总摩尔量为1-3mol。

18、在进一步的优选方案中，所述钴盐、镍盐、铁盐、铬盐、铈盐分别为硝酸盐、硫酸盐、氯化盐中的至少一种。

19、在进一步的优选方案中，所述加热反应的温度为100~200℃，所述加热反应的时间为8~24h。

20、在进一步的优选方案中，所述洗涤方式为：先用乙醇清洗，再用去离子水清洗。

21、在进一步的优选方案中，所述煅烧的温度为500~800℃，所述煅烧的时间为2~6h。

22、基于同样的发明构思，本发明提供一种催化电极，所述催化电极包含上述高熵氧化物。

23、进一步地，本发明提供上述催化电极的制备方法，包括以下步骤：

24、将所述高熵氧化物分散于nafion溶液、无水乙醇和去离子水组成的混合溶液b中，得到浆料；然后将浆料滴加在泡沫镍上，真空干燥后得到所述催化电极。

25、在进一步的优选方案中，所述混合溶液b中，nafion溶液的浓度为1-20wt%，进一步优选为5-10wt%。

26、在进一步的优选方案中，所述混合溶液b中nafion溶液、无水乙醇、去离子水的体积比为1：3-7：3-10。

27、在进一步的优选方案中，高熵氧化物的加入量为：10-50 mg/ml混合溶液b。

28、在进一步的优选方案中，每1cm×1cm的泡沫镍上滴加10-110μl浆料。

29、在进一步的优选方案中，所述真空干燥的温度为50-80℃。

30、此外，本发明提供上述催化电极在电解水中的应用。具体来说，以前述催化电极为工作电极，以hg/hgo电极为参比电极，以玻碳电极为对电极，构成三电极体系，直接用于电解水。

31、本发明具有以下明显的有益效果：

32、本发明采用非贵金属原料制备出高熵氧化物作为电解水的高性能催化剂，避免了使用资源稀缺、成本高昂的pt基、ru贵金属等，可提升经济效益，实现工业化的大规模应用。

33、本发明制备高熵氧化物催化剂的工艺流程简单可控，易于实现。

34、本发明提供的高熵氧化物应用到催化电极中，在电解水时表现出杰出的催化活性。

技术特征：

1.一种高熵氧化物，其特征在于，所述高熵氧化物由镍、钴、铁、铬、铈元素的氧化物组成。

2.如权利要求1所述的高熵氧化物，其特征在于，所述高熵氧化物中镍、钴、铁、铬、铈元素的摩尔比为1：1：1：1：1。

3.如权利要求1或2所述的高熵氧化物，其特征在于，所述高熵氧化物为纳米颗粒。

4.一种高熵氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述乙醇溶液中无水乙醇的含量为15-50wt%；所述氨水的质量分数为15-28 %；所述单宁酸溶液的浓度为0.1-0.5g/ml。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，每1l乙醇溶液中加入2-12g的f127；每1l乙醇溶液中加入氨水10-60ml；每1l乙醇溶液中加入60-180ml单宁酸溶液；每1l乙醇溶液中加入6-24ml甲醛；每1l混合溶液a中加入的钴、镍、铁、铬、铈的总摩尔量为1-3mol。

7.如权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述加热反应的温度为100~200℃。

8.如权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为500~800℃。

9.一种催化电极，其特征在于，所述催化电极包括权利要求1-3任一项所述的高熵氧化物或权利要求4-8任一项所述的制备方法制备得到的高熵氧化物。

10.如权利要求9所述的催化电极在电解水中的应用。

技术总结本发明属于催化剂技术领域，公开了一种高熵氧化物及其制备方法和应用。所述高熵氧化物由镍、钴、铁、铬、铈元素的氧化物组成。将F127溶解在去离子水和无水乙醇组成的乙醇溶液中，超声处理后加入氨水，然后加入单宁酸溶液和甲醛，搅拌，得到混合溶液；在混合溶液中按比例加入可溶性钴盐、镍盐、铁盐、铬盐、铈盐，加热反应；反应结束后，冷却至室温，固液分离，洗涤、干燥、煅烧固相，得到高熵氧化物。本发明采用非贵金属原料制备出高熵氧化物作为电解水的高性能催化剂，且本发明的高熵氧化物应用到催化电极中，在电解水时表现出杰出的催化活性。技术研发人员：崔阳波,张宝,程磊,徐宝和,邓鹏,林可博受保护的技术使用者：帕瓦（长沙）新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29