一种铈掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法和应用

本申请实施例涉及析氧反应催化电极，特别是涉及一种铈掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前全球能源问题和环境污染问题日益紧张，想要解决能源问题和环境污染问题就必须建立清洁和可再生能源循环体系，氢能因为能量密度高且环保无污染等优点吸引了世界众多国家政府的关注和支持。

2、地球上大部分氢原子都是通过结合氧存在于水中的，因此使用可再生电力电解水被广泛认为是生产清洁氢气燃料有前景和可持续的途径。质子交换膜水电解槽(pemwe)因其工作电流密度大、能效高、产氢纯度高、系统集成结构紧凑、宽功率波动范围等优点，被认为是最有前途的绿色制氢技术之一。然而，阳极催化剂的寿命和成本问题是制约质子交换膜水电解槽(pemwe)规模化应用的主要瓶颈。所以关于质子交换膜水电解槽(pemwe)的阳极催化剂研究是至关重要的。由于恶劣的化学环境，只有有限的材料可以在酸性介质中做为oer催化剂，目前主要应用材料是铱基和钌基贵金属的氧化物。但是铱基贵金属催化剂成本较高限制了它的工业规模化应用。相比之下钌基催化剂活性高且成本低，但其稳定性较差。因此，开发具有耐久性且具有成本效益的钌基酸性oer催化剂，在pem电解槽的商业应用是非常有意义的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供一种铈掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法和应用，本申请采用水热和退火两步简单的合成工艺将铈引入到金红石二氧化钌的晶格中，调节二氧化钌的电子结构，制造氧空位，活性位点增多，提高了二氧化钌的活性，克服了钌基催化剂不稳定的缺陷，实现钌基催化剂在pem电解槽中的应用。

2、本申请实施例第一方面提供一种铈掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将铈源和钌源溶于去离子水中，混合均匀，得到混合溶液；

4、s2、将步骤s1得到的所述混合溶液进行水热反应，将水热产物离心洗涤并干燥后得到铈掺杂二氧化钌的前体；

5、s3、将步骤s2得到的所述铈掺杂二氧化钌的前体进行煅烧，得到铈掺杂二氧化钌电催化剂。

6、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s2中，水热反应温度为110-200℃，反应时间为6-24h。

7、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s3中，所述煅烧温度为200-400℃，煅烧时间为2-4h，升温速率为2℃/min。

8、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s1的具体过程为：首先分别配制含钌溶液和含铈溶液，然后在搅拌的条件下，将所述含钌溶液滴加到所述含铈溶液中，混合均匀后得到混合溶液。

9、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述搅拌时间≥30min。

10、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s1中，所述铈源和钌源的摩尔比为(1～10)：1；或

11、所述铈源为硝酸铈水合物、氯化铈水合物、碳酸铈水合物、草酸铈水合物中的一种或多种以任意比例混合；或

12、所述钌源为三氯化钌、水合三氯化钌、四氯化钌、乙酰丙酮钌、五羰基钌、醋酸钌中的一种或多种以任意比例混合。

13、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s2中，所述离心洗涤的具体过程为：用水溶液和乙醇溶液在12000r/min条件下15min交替洗涤6次。

14、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤s2中，所述干燥的具体过程为：在60℃条件下真空干燥12h。

15、本申请实施例第二方面还提供一种铈掺杂二氧化钌电催化剂，采用上述的方法制备得到。

16、本申请实施例第三方面还提供如上所述的制备方法制得的铈掺杂二氧化钌电催化剂在电解水方面的应用。

17、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：

18、1、本申请采用低温水热和烧结的方式将铈引入到二氧化钌的晶格中，合成方法简单，溶剂绿色环保，可进行大规模生产，实验安全系数较高，制备得到的铈掺杂超小二氧化钌纳米颗粒电催化剂在形貌上体现为超小颗粒，且具有高稳定性，该催化剂在电解水中表现出较为优异的电化学性能，为电解水工业化应用提供了新的可能，且在电催化、有机催化、生物诊疗等领域具有良好的应用前景；

19、2、本申请制备方法可以推广到其他非贵金属掺杂到二氧化钌中，是一种具体普适性的二氧化钌掺杂非贵金属催化剂的制备方法，掺杂的二氧化钌催化剂对于pem电解槽阳极催化剂的商业化进程具有重要的研究意义。

技术特征：

1.一种铈掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，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，步骤s2中，水热反应温度为110-200℃，反应时间为6-24h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述煅烧温度为200-400℃，煅烧时间为2-4h，升温速率为2℃/min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1的具体过程为：首先分别配制含钌溶液和含铈溶液，然后在搅拌的条件下，将所述含钌溶液滴加到所述含铈溶液中，混合均匀后得到混合溶液。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌时间≥30min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述铈源和钌源的摩尔比为(1～10)：1；或

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述离心洗涤的具体过程为：用水溶液和乙醇溶液在12000r/min条件下15min交替洗涤6次。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述干燥的具体过程为：在60℃条件下真空干燥12h。

9.一种铈掺杂二氧化钌电催化剂，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的方法制备得到。

10.如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的铈掺杂二氧化钌电催化剂在电解水方面的应用。

技术总结本申请实施例涉及一种铈掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法和应用，属于析氧反应催化电极技术领域。本申请实施例的铈掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将铈源和钌源溶于去离子水中，混合均匀，得到混合溶液；S2、将步骤S1得到的混合溶液进行水热反应，将水热产物离心洗涤并干燥后得到铈掺杂二氧化钌的前体；S3、将步骤S2得到的铈掺杂二氧化钌的前体进行煅烧，得到铈掺杂二氧化钌电催化剂。本申请实施例所提供的铈掺杂二氧化钌电催化剂，且具有高稳定性，该催化剂在电解水中表现出较为优异的电化学性能。技术研发人员：田新龙,康振烨,王桂娜,李静受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/10