金属氧化物及其制备方法

本发明涉及化工，尤其涉及金属氧化物及其制备方法。

背景技术：

1、清洁的电能转化为易于存储的化学能，是实现能源可持续发展以及化学品绿色、高效合成的理想途径之一。先进的电催化体系是实现高效电能-化学能转换的核心。到目前为止，大多数催化系统仍依赖碱性或中性电解质。然而，与碱性体系相比，酸性体系更适用于商业化，因为商用化最多的是杜邦公司nafion系列质子交换膜(pem)。全氟质子交换膜机械强度高，化学稳定性强，能够适应苛刻的电池工作环境。服役于酸性环境的质子交换膜限制了很多金属氧化物的使用。在强酸性环境，多数的非贵金属会腐蚀并可能与pem中的磺酸根离子结合，进而降低pem传导质子的能力。同时，催化剂的催化性能在很大程度上受到载体的影响，因此开发各种在酸性催化环境中保持超长稳定的载体是至关重要的。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种金属氧化物，将本发明的金属单原子掺杂至金属氧化物基体中，获得的金属氧化物中化学和电子结构合适，在酸性电解液中稳定性优异。

2、在本发明的一个方面，本发明提供了一种金属氧化物，所述金属氧化物包括：

3、金属氧化物基体；

4、金属单原子，所述金属单原子掺杂在所述金属氧化物基体中；

5、其中，所述金属氧化物基体包括in2o3、fe2o3、co2o3、mno2和zno中至少的一种，所述金属单原子包括mn、fe、co、ni、cu、zn和in中的至少一种。

6、进一步地，基于所述金属氧化物的总质量，所述金属单原子的含量大于0小于等于5％。

7、进一步地，所述金属单原子的粒径为0.1～0.2nm。

8、在本发明的另一方面，本发明提供了一种前面所述的金属氧化物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

9、将金属单原子掺杂至金属氧化物基体中，得到所述金属氧化物；

10、其中，所述金属氧化物基体包括in2o3、fe2o3、co2o3、mno2和zno中至少的一种，所述金属单原子包括mn、fe、co、ni、cu、zn和in中的至少一种。

11、进一步地，上述制备方法包括以下步骤：

12、将第一金属盐和第二金属盐溶解于溶剂中后进行水热反应；

13、焙烧所述水热反应后得到的产物，得到所述金属氧化物；

14、其中，所述第一金属盐中的金属与所述金属氧化物基体中的金属对应，所述第二金属盐中的金属与所述金属单原子中的金属对应。

15、进一步地，所述第一金属盐包括金属氯化盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐和金属有机盐中的至少一种；

16、所述第二金属盐包括过渡金属氯化盐、过渡金属硫酸盐、过渡金属硝酸盐和过渡金属有机盐中的至少一种。

17、进一步地，所述水热反应的温度为140～180℃，时间为12～24h，压力为0.02～0.3gpa。

18、进一步地，所述溶剂包括水、乙醇和乙腈中的至少一种。

19、进一步地，所述焙烧的温度为400～500℃，时间为1～3h。

20、进一步地，将第一金属盐和第二金属盐溶解于溶剂中后得到的溶液中，第一金属盐的浓度为0.33～1.00mol/l。

21、本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

22、将本发明的金属单原子掺杂至金属氧化物基体中，金属单原子和金属氧化物基体之间的电荷传输可以改变金属氧化物基体的电子结构，在金属氧化物基体中引入金属单原子给电子体将降低金属氧化物基体中金属的氧化态，从而保护金属氧化物基体表面的阳离子在酸性环境中不被过度氧化为可溶性物质。基于此，金属单原子与金属氧化物基体之间相互作用，优化了内部电子结构，使得获得的金属氧化物中化学和电子结构合适，大幅度地提高了金属氧化物的金属溶出电位，使得金属氧化物可长期维持微观形貌的耐酸、耐电化学腐蚀的稳定性，在酸性电解液中稳定性优异，可以在较强的电化学腐蚀和化学腐蚀中实现超长期稳定；且金属单原子可以实现均匀分布、含量可控。本发明的金属氧化物可用作酸性环境中的载体。

23、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种金属氧化物，其特征在于，所述金属氧化物包括：

2.根据权利要求1所述的金属氧化物，其特征在于，基于所述金属氧化物的总质量，所述金属单原子的含量大于0小于等于5％。

3.根据权利要求1所述的金属氧化物，其特征在于，所述金属单原子的粒径为0.1～0.2nm。

4.一种权利要求1～3任一项所述的金属氧化物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的金属氧化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的金属氧化物的制备方法，其特征在于，所述第一金属盐包括金属氯化盐、金属硫酸盐、金属硝酸盐和金属有机盐中的至少一种；

7.根据权利要求5所述的金属氧化物的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为140～180℃，时间为12～24h，压力为0.02～0.3gpa。

8.根据权利要求5所述的金属氧化物的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括水、乙醇和乙腈中的至少一种。

9.根据权利要求5所述的金属氧化物的制备方法，其特征在于，所述焙烧的温度为400～500℃，时间为1～3h。

10.根据权利要求5所述的金属氧化物的制备方法，其特征在于，将第一金属盐和第二金属盐溶解于溶剂中后得到的溶液中，第一金属盐的浓度为0.33-1.00mol/l。

技术总结本发明涉及化工技术领域，尤其涉及金属氧化物及其制备方法。金属氧化物包括：金属氧化物基体；金属单原子，所述金属单原子掺杂在所述金属氧化物基体中；其中，所述金属氧化物基体包括In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、Co<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、MnO<subgt;2</subgt;和ZnO中至少的一种，所述金属单原子包括Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和In中的至少一种。将本发明的金属单原子掺杂至金属氧化物基体中，获得的金属氧化物中化学和电子结构合适，在酸性电解液中稳定性优异。技术研发人员：邹吉军,潘伦,刘凡,黄振峰,高睿杰,史成香受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17