一种FeZnNi-BTA三元电解水催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于功能材料，涉及电解水催化剂，具体涉及feznni-bta三元电解水催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、由于传统化石能源对环境和气候造成的巨大影响，开发可再生能源越发受到人们重视。氢能作为一种清洁高效的可再生能源，是替代传统化石燃料的最有潜力的能源载体，电解水是一中具有高氢气纯度、环保无污染的制氢技术，目前主要分为质子交换膜电解制氢、碱性电解制氢、阴离子交换膜电解制氢和固体氧化物电解制氢四种形式。随着水电解制氢技术的不断发展及电解槽规模的扩大，电解水oer催化剂的低催化活性和高成本限制了电解槽的进一步发展。

2、基于非贵金属的析氧反应催化剂是提高oer性能的有效材料。然而，低过电位、长稳定性的析氧反应催化剂的开发并不容易。这是因为对于现有的催化剂，很难精确地控制催化剂活性中心的相对位置和配位环境，也很难将催化中心的固有活性与影响催化剂表观活性的因素如材料内的电荷传输、可用活性中心的数量和比表面积等分开，在分子水平上理解性能改善的原因同样存在挑战。提高oer催化剂的本征活性，设计和制备高性能的oer催化剂刻不容缓。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高催化活性、低能量消耗feznni-bta三元电解水催化剂及其制备方法和应用，制备方法简单、绿色环保。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一、按fexznyniz，4≤x<8、1≤y＜4、0＜z≤5，x+y+z＝10的化学计量比取fe(no3)3·9h2o、zn(no3)2·6h2o、和ni(no3)2·6h2o；

5、按偏苯三甲酸与fe(no3)3·9h2o的摩尔比15：(5～7)，将偏苯三甲酸、fe(no3)3·9h2o溶解在异丙醇中，超声处理至分散均匀形成混合溶液；

6、步骤二、在混合溶液中加入zn(no3)2·6h2o、乙二醇，油浴加热并磁力搅拌20小时；

7、步骤三、将ni(no3)2·6h2o、无水乙醇加入混合溶液中，在室温下快速磁力搅拌30分钟；

8、步骤四、将溶液在70℃下水浴加热24小时后离心分离，将分离的出固体产物洗涤后烘干、研磨得到粉末状feznni-bta三元电解水催化剂。

9、本发明还具有以下技术特征：

10、优选的，步骤一中所述的超声处理的时间为30～50分钟。

11、优选的，步骤二中所述的油浴加热温度为80～90℃。

12、优选的，步骤二中所述的磁力搅拌转子转速为300～400rpm。

13、优选的，步骤三中所述的快速磁力搅拌的转子转速为1300～1500rpm。

14、优选的，所述的步骤一种的异丙醇、步骤二中的乙二醇和步骤三中的无水乙醇的体积比为1:2:1。

15、优选的，步骤四中所述的烘干温度为70～80℃。

16、本发明还保护一种采用如上所述的方法制备的feznni-bta三元电解水催化剂及其在电解水反应中阳极侧的应用。

17、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

18、本发明的feznni-bta三元电解水催化剂中偏苯三甲酸(bta)作为金属的有机配体，使得过渡金属fe、zn、ni均匀负载在bta有机骨架上，使得材料具有较大的比表面积和更多的活动位点，能够降低析氧反应所需能垒，加快电解水析氧反应的速率，加速阳极氧气的析出，表现出较高的析氧反应催化活性，提高电解槽的电解效率；feznni-bta三元电解水催化剂在相同的电压下比负载贵金属iro2催化剂的电极电流密度更高，证明了的催化效果更好；

19、本发明的feznni-bta三元电解水催化剂能够降低电解水过程中析氧反应的过电位，相较于贵金属催化剂在相同的电流密度下所需电压更小，有助于减小电解槽能耗；

20、本发明提供的feznni-bta三元电解水催化剂制备过程较为简单，合成原料来源广泛、成本低，制备过程绿色环保无污染，便于工业化生产。

技术特征：

1.一种feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的超声处理的时间为30～50分钟。

3.如权利要求1所述的feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的油浴加热温度为80～90℃。

4.如权利要求1所述的feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的磁力搅拌转子转速为300～400rpm。

5.如权利要求1所述的feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的快速磁力搅拌的转子转速为1300～1500rpm。

6.如权利要求1所述的feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤一种的异丙醇、步骤二中的乙二醇和步骤三中的无水乙醇的体积比为1:2:1。

7.如权利要求1所述的feznni-bta三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤四中所述的烘干温度为70～80℃。

8.一种采用如权利要求1至7中任一项所述的方法制备的feznni-bta三元电解水催化剂。

9.一种如权利要求8所述的feznni-bta三元电解水催化剂在电解水反应中阳极侧的应用。

技术总结本发明公开了一种FeZnNi‑BTA三元电解水催化剂及其制备方法和应用，适用于电解水制氢技术领域，可减小电解水阳极析氧反应的过电位，加快反应速度，可作为电解水阳极析氧反应催化剂；将偏苯三甲酸、Fe(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·9H<subgt;2</subgt;O溶解在异丙醇中，超声处理形成混合溶液，在混合溶液中加入Zn(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、乙二醇，油浴加热并磁力搅拌后将Ni(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;·6H<subgt;2</subgt;O、无水乙醇加入混合溶液中，在室温下快速磁力搅拌后水浴加热，反应完成后通过离心处理使固体产物与液体分离，用异丙醇洗涤离心分离的产物后放入烘箱中干燥，经过研磨得到粉末状催化剂；经过阳极析氧反应催化性能测试，FeZnNi三元电解水催化剂相比于商业贵金属析氧反应催化剂IrO<subgt;2</subgt;具有更高的催化活性，其较低的过电位能减小电解槽能耗、推动电解水反应快速进行。技术研发人员：李印实,闫凯受保护的技术使用者：陕西清能动力科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/8