一种多孔稀土钌基焦绿石电催化剂及其制备方法和应用

本申请实施例涉及能源催化材料合成，特别是涉及一种多孔稀土钌基焦绿石电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前全球能源格局和环境污染日益紧张，想要解决能源问题和环境污染就必须建立清洁和可再生能源循环系统，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(pemwe)水电解槽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。目前主要应用铱基和钌基贵金属的氧化物，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，所以，开发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多孔稀土钌基焦绿石电催化剂及其制备方法和应用，该方法降低了贵金属催化剂的载量提高催化剂的活性，减少酸性oer催化剂的成本，对促进质子交换膜水电解槽(pemwe)的商业化进程具有重要意义，能够有效克服上述现有技术所存在的缺陷。

2、本申请实施例第一方面提供一种多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)钌基焦绿石前体制备：将钌盐、柠檬酸、乙二醇和含稀土的盐溶于水中，混匀，在油浴中进行密封反应，蒸干后得到钌基焦绿石前体；

4、(2)钌基焦绿石前体除杂：将所述钌基焦绿石前体置于马弗炉中进行第一次煅烧，得到除杂后的钌基焦绿石前体；

5、(3)钌基焦绿石电催化剂制备：将所述除杂后的钌基焦绿石前体置于马弗炉中进行第二次煅烧，得到钌基焦绿石电催化剂，所述钌基焦绿石电催化剂的化学式为a2ru2o7，其中，a代表不同的稀土元素。

6、本申请实施例以钌源为基准，通过柠檬酸和乙二醇共络合的方法合成钌基焦绿石前体溶液，采用高温除杂的方式将钌基焦绿石前体所含有的盐等物质除杂，采用高温热解的方式将ru和稀土元素a结合最后合成多孔稀土钌基焦绿石a2ru2o7催化剂，该方法降低了贵金属催化剂的载量提高催化剂的活性，减少酸性oer催化剂的成本，对促进质子交换膜水电解槽(pemwe)的商业化进程具有重要意义。

7、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述反应温度为80℃，反应时间为5-10h；

8、所述蒸干采用油浴开盖蒸干的方式，蒸干温度为80℃，蒸干时间为3-5h。

9、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(2)中，所述第一次煅烧温度为300-600℃，第一次煅烧时间为3-12h，升温速率为5℃/min，所述第一次煅烧的气氛选自空气或氩气。

10、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(3)中，所述第二次煅烧温度为1000-1200℃，第二次煅烧时间为3-12h，升温速率为5℃/min，所述第二次煅烧的气氛采用空气。

11、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述钌盐:柠檬酸:乙二醇:含稀土的盐的溶于水中，其中n金属离子：n柠檬酸：n乙二醇为1：1.5：2，其中钌和稀土摩尔比为1/1。

12、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述混匀采用搅拌超声交替进行，具体过程为：超声30min和搅拌30min交替进行3次。

13、在可以包括上述实施例的一些实施例中，步骤(1)中，所述钌盐选自乙酰丙酮钌、氯化钌水合物、溴化钌中的至少一种。

14、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述含稀土的盐采用稀土硝酸盐或稀土氯化盐。

15、本申请实施例第二方面还提供如上述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法制得的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂。

16、本申请实施例第三方面还提供如上述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂在电解水的析氧反应中的应用。

17、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：

18、(1)本申请中多孔稀土钌基焦绿石a2ru2o7催化剂一方面提高电化学活性，另一方面降低贵金属的载量；

19、(2)本申请制备方法可以推广到其它贵金属和稀土组成焦绿石，以及钌和其他非贵金属和钌组成的焦绿石，是一种具有普适性的焦绿石合成方法；

20、(3)本申请中多孔稀土钌基焦绿石a2ru2o7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研究方案；

21、(4)本申请制备方法获得的多孔稀土钌基焦绿石a2ru2o7催化剂在电催化、有机催化、生物诊疗等领域具有良好的应用前景，尤其在对于促进以钌基氧化物催化剂在电解水中的工业化进程具有重要的研究意义。

技术特征：

1.一种多孔稀土钌基焦绿石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所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述反应温度为80℃，反应时间为5-10h；

3.根据权利要求1所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一次煅烧温度为300-600℃，第一次煅烧时间为3-12h，升温速率为5℃/min，所述第一次煅烧的气氛选自空气或氩气。

4.根据权利要求1所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述第二次煅烧温度为1000-1200℃，第二次煅烧时间为3-12h，升温速率为5℃/min，所述第二次煅烧的气氛采用空气。

5.根据权利要求1所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钌盐:柠檬酸:乙二醇:含稀土的盐的溶于水中，其中n金属离子：n柠檬酸：n乙二醇为1：1.5：2，其中钌和稀土摩尔比为1/1。

6.根据权利要求1所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混匀采用搅拌超声交替进行，具体过程为：超声30min和搅拌30min交替进行3次。

7.根据权利要求1所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钌盐选自乙酰丙酮钌、氯化钌水合物、溴化钌中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法，其特征在于，所述含稀土的盐采用稀土硝酸盐或稀土氯化盐。

9.如权利要求1-8中任一所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂的制备方法制得的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂。

10.如权利要求9所述的多孔稀土钌基焦绿石电催化剂在电解水的析氧反应中的应用。

技术总结本申请实施例涉及一种多孔稀土钌基焦绿石电催化剂及其制备方法和应用，属于能源催化材料合成技术领域。本申请实施例的制备方法，包括以下步骤：(1)钌基焦绿石前体制备；(2)钌基焦绿石前体除杂；(3)钌基焦绿石电催化剂制备。本申请制备方法获得的多孔稀土钌基焦绿石A<subgt;2</subgt;Ru<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;催化剂在电催化、有机催化、生物诊疗等领域具有良好的应用前景，尤其在对于促进以钌基氧化物催化剂在电解水中的工业化进程具有重要的研究意义。技术研发人员：田新龙,康振烨,王桂娜,李静,封苏阳受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2