一种多孔高熵尖晶石氧化物及其制备方法和应用与流程

本发明属于电催化，具体涉及一种多孔高熵尖晶石氧化物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能是一种高效清洁的可再生能源，是未来能源体系的重要载体之一。电解水制氢被认为是有吸引力的制氢方法。但是缓慢的析氧反应(oer)是限制电催化分解水效率的重要因素。氧化铱和氧化钌是比较成熟的商业oer催化剂，具有优异的催化性能。但贵金属的稀有性和低稳定性限制的其应用。因此，开发低成本高活性和稳定性的非贵金属催化剂是必要的。

2、高熵氧化物(heo)是一种由五种及以上的金属阳离子在同一个晶格中无序排列所构成的氧化物。作为新兴的多组分材料，具有独特的结构和优异的机械、电气和光学性能。自从熵驱动的相稳定效应被发现以来，这一领域已经取得了一些进展。rost等人首先报道了具有单一岩盐型结构的heo，并证明了含有五种不同阳离子的岩盐型氧化物通过单相形式的高结构熵的稳定性。此后，其他研究相继报道了几种不同晶体结构的heo，如岩盐型、钙钛矿型和萤石型。但目前heo的合成方法主要集中在高温固相法等传统方法上，制备过程中往往需要较高的温度使金属阳离子共熔。而对于催化领域，高温的制备过程往往会使颗粒烧结聚集，减少活性位点的暴露。因此对于设计高催化活性的高熵氧化物，降低制备温度是有效的策略之一。

3、在高熵氧化物中，尖晶石结构氧化物由于其具有两套可以混排的阳离子亚晶格，丰富的离子组成、优异的化学和热稳定性以及鸡尾酒效应的存在而在催化和能源方面展示出巨大的潜力。有报道称尖晶石结构高氧化物在电催化分解水领域显示出有希望的应用潜力。因此探究一种低温方法制备高活性高熵尖晶石氧化物是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多孔高熵尖晶石氧化物及其制备方法和应用，本发明提供的方法在低温下合成了多孔高熵尖晶石氧化物，且得到的多孔高熵尖晶石氧化物具有较高的电催化析氧反应活性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种多孔高熵尖晶石氧化物的制备方法，包括以下步骤：

4、将聚甲基丙烯酸甲酯微球和水混合，经干燥后，得到聚甲基丙烯酸甲酯微球模板；

5、将过渡金属盐、络合剂和溶剂混合，得到前驱体溶液；

6、将所述聚甲基丙烯酸甲酯微球模板浸渍于所述前驱体溶液中进行吸附，得到吸附有前驱体溶液的模板；

7、将所述吸附有前驱体溶液的模板进行煅烧后，去除模板，得到所述多孔高熵尖晶石氧化物；所述煅烧的温度为300～800℃。

8、优选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的直径为100～1000nm。

9、优选的，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和水的质量比为1～10：100。

10、优选的，所述过渡金属盐包括铬盐、锰盐、铁盐、钴盐和镍盐。

11、优选的，以cr、mn、fe、co和ni的摩尔量计，所述铬盐、锰盐、铁盐、钴盐和镍盐的摩尔比为23：16：17：27：17；

12、所述络合剂包括柠檬酸、柠檬酸铵、马来酸、草酸、草酸铵和三乙醇胺中的一种或几种；所述溶剂包括乙醇；

13、以cr的摩尔量计，所述铬盐和溶剂的用量比为2.3mmol：50～500ml；

14、所述铬盐和络合剂的摩尔比为2.3：10～100。

15、优选的，所述煅烧的保温时间为3～12h。

16、优选的，所述去除模板的过程为：将所述煅烧后得到的产物和丙酮进行搅拌混合。

17、本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的多孔高熵尖晶石氧化物。

18、优选的，所述多孔高熵尖晶石氧化物的化学组成为(cr0.23mn0.16fe0.17co0.27ni0.17)3o4；

19、所述多孔高熵尖晶石氧化物的孔径为100～1000nm。

20、本发明还提供了上述技术方案所述的多孔高熵尖晶石氧化物作为催化剂在电催化析氧反应的应用。

21、本发明提供了一种多孔高熵尖晶石氧化物的制备方法，包括以下步骤：将聚甲基丙烯酸甲酯微球和水混合，经干燥后，得到聚甲基丙烯酸甲酯微球模板；将过渡金属盐、络合剂和溶剂混合，得到前驱体溶液；将所述聚甲基丙烯酸甲酯微球模板浸渍于所述前驱体溶液中进行吸附，得到吸附有前驱体溶液的模板；将所述吸附有前驱体溶液的模板进行煅烧后，去除模板，得到所述多孔高熵尖晶石氧化物；所述煅烧的温度为300～800℃。本发明使用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微球作为牺牲模板，采用溶胶凝胶模板浸渍法在低温下合成了多孔高熵尖晶石氧化物，具有三维有序大孔结构，从而提高催化剂的活性面积。通过该方法合成的高熵尖晶石显示出大的电化学活性面积和高的氧空位含量，具有较高的电催化析氧反应活性。

技术特征：

1.一种多孔高熵尖晶石氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的直径为100～1000nm。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球和水的质量比为1～10：100。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐包括铬盐、锰盐、铁盐、钴盐和镍盐。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以cr、mn、fe、co和ni的摩尔量计，所述铬盐、锰盐、铁盐、钴盐和镍盐的摩尔比为23：16：17：27：17；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的保温时间为3～12h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去除模板的过程为：将所述煅烧后得到的产物和丙酮进行搅拌混合。

8.权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的多孔高熵尖晶石氧化物。

9.根据权利要求8所述的多孔高熵尖晶石氧化物，其特征在于，所述多孔高熵尖晶石氧化物的化学组成为(cr0.23mn0.16fe0.17co0.27ni0.17)3o4；

10.权利要求8或9所述的多孔高熵尖晶石氧化物作为催化剂在电催化析氧反应的应用。

技术总结本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种多孔高熵尖晶石氧化物及其制备方法和应用。本发明将聚甲基丙烯酸甲酯微球和水混合，经干燥后，得到聚甲基丙烯酸甲酯微球模板；将过渡金属盐、络合剂和溶剂混合，得到前驱体溶液；将所述聚甲基丙烯酸甲酯微球模板浸渍于所述前驱体溶液中进行吸附，得到吸附有前驱体溶液的模板；将所述吸附有前驱体溶液的模板进行煅烧后，去除模板，得到所述多孔高熵尖晶石氧化物。本发明使用聚甲基丙烯酸甲酯微球作为牺牲模板，采用溶胶凝胶模板浸渍法在低温下合成了多孔高熵尖晶石氧化物。通过该方法合成的高熵尖晶石显示出大的电化学活性面积和高的氧空位含量，具有较高的电催化析氧反应活性。技术研发人员：陈燕鑫,王海隆,卢灿忠受保护的技术使用者：厦门稀土材料研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/29