一种用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法及应用

本发明涉及析氧电催化领域，尤其涉及一种实现氧化物催化剂在碱性电解质下自重构提升以析氧反应(oer)性能的方法及应用。

背景技术：

1、近年来电解水制氢技术受到广泛关注，其中关键的半反应oer催化剂的开发面临挑战。尽管催化剂的开发已经取得了实质性的进展，但目前工业电解水中仍然以贵金属催化剂为主。然而，贵金属固有的稀缺性、高额的成本和有限的耐久性等问题限制了其在商业上的大规模应用。

2、在碱性体系中，氧化物催化剂例如钙钛矿型(ba0.5sr0.5co0.8fe0.2o3-δ，ca2cofeo5)、尖晶石型(znco1.2ni0.8o4等)非贵金属催化剂丰富的元素组合为调控oer活性带来无限可能性。但目前氧化物催化剂存在煅烧温度较高、比表面积小等缺点，导致其oer质量活性较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种实现氧化物催化剂的活化方法即提升氧化物催化剂析氧反应性能的方法及应用。本发明的氧化物催化剂在碱性电解质下自重构，经过该方法处理后的氧化物催化剂oer催化活性得到显著提升，稳定性增强。该方法在室温常压条件下进行即可，操作简单易于大规模实施。

2、本发明的技术方案为：

3、一种用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法(即实现氧化物催化剂自重构提升oer性能的方法)，包括以下步骤：将含有氧空位的氧化物催化剂在碱性电解质下浸泡，然后清洗，烘干。

4、所述氧化物催化剂包括但不限于具有丰富氧空位的过渡金属氧化物、钙钛矿氧化物、尖晶石氧化物中的一种以上组成的催化剂。

5、所述过渡金属氧化物的通式bxoy-δ，如nio等；b位为过渡金属元素。

6、所述钙钛矿氧化物为钙铁石氧化物(分子式为abo2.5)、钙钛矿氧化物(分子式为abo3-δ)、rp型钙钛矿(分子式为an+1bno3n+1-δ)、双钙钛矿(分子式为aa′b2o6-δ)中的一种以上，其中a和a′为稀土金属元素或碱土金属元素的一种以上，a和a′不能相同，b位阳离子为过渡金属离子的一种或几种；氧空位δ≥0.1。a位离子必须满足包含二价金属元素。

7、所述钙钛矿氧化物包括钙铁石型如ca2cofeo5、钙钛矿如ba0.5sr0.5cofe0.2o3-δ等。

8、所述的尖晶石氧化物的分子式ab2o4-δ，其中a位为二价碱土金属或过渡金属的一种以上(如mg、ni、co、fe、zn等)，b位离子为过渡金属元素的一种或几种(如al、mn、co、fe等)；氧空位δ≥0.1。

9、所述尖晶石氧化物包括znco1.2ni0.8o4-δ等。

10、所述碱性电解质的ph>7，优选ph为10～14。

11、所述碱性电解质包括且不限于氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氨水等溶液。

12、所述氧化物催化剂与碱性电解质的质量体积比为0.01～0.5g：1～500ml，优选为1～20g l-1。

13、所述浸泡的时间为3～48h，优选为24～48h。

14、所述浸泡的方式包括但不限于，将催化剂在碱液中静置，或通过转子扰动，或通过旋转摇匀等方式。

15、所述烘干的温度为30～150℃，烘干时间12～24h。

16、含有氧空位的氧化物催化剂，尤其是钙钛矿类、尖晶石类氧化催化剂，在碱性电解质浸泡下(如1mol l-1氢氧化钾溶液浸泡24h)发生动态自重构，形成活性更高的活性物种，其oer催化活性及稳定性显著提升。

17、本发明的方法在碱性析氧反应中的应用。

18、通过上述方法得到的氧化物催化剂用于析氧反应。

19、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

20、本发明提供的在碱性电解质下动态自重构方法无需额外设备或条件，相比需电化学、热力学等活化催化剂方式的方法耗能更低。另外，本发明提供的方法易于大规模活化催化剂，操作简单，并且获得的oer催化活性和稳定性突出。

技术特征：

1.一种用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：包括以下步骤：将含有氧空位的氧化物催化剂在碱性电解质下浸泡，然后清洗，烘干；

2.根据权利要求1所述用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：所述碱性电解质的ph为10～14；

3.根据权利要求1所述用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：所述氧化物催化剂与碱性电解质的质量体积比为0.01～0.5g：1～500ml；

4.根据权利要求3所述用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：所述氧化物催化剂与碱性电解质的质量体积比为1～20g l-1。

5.根据权利要求1所述用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：所述过渡金属氧化物的通式bxoy-δ；b位为过渡金属元素；

6.根据权利要求5所述用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：所述过渡金属氧化物为nio；所述钙钛矿氧化物包括ca2cofeo5、ba0.5sr0.5cofe0.2o3-δ；所述尖晶石氧化物包括znco1.2ni0.8o4-δ。

7.根据权利要求1所述用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：所述浸泡的方式包括将催化剂在碱液中静置，或碱液通过转子扰动，或通过旋转摇匀的方式；

8.根据权利要求1所述用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法，其特征在于：所述的活化方法用于碱性析氧反应中。

9.一种由权利要求1～7任一项所述方法得到的氧化物催化剂的应用，其特征在于：所述氧化物催化剂用于析氧反应中。

技术总结本发明属于析氧电催化剂技术领域，公开了一种用于析氧电催化的氧化物催化剂的活化方法及应用。所述活化方法：将含有氧空位的氧化物催化剂在碱性电解质下浸泡，然后清洗，烘干；所述氧化物催化剂包括具有丰富氧空位的过渡金属氧化物、钙钛矿氧化物、尖晶石氧化物中的一种以上组成的催化剂；所述催化剂为用于析氧电催化的氧化物催化剂；所述碱性电解质的pH>7；所述浸泡的时间为3～48h。本发明通过碱处理，使得自重构后的氧化物催化剂OER活性及稳定性得到显著提升；方法简单、耗能低。本发明的方法用于碱性析氧反应中。技术研发人员：赵伯特,彭超侠受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17