一种铋掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及能源材料，尤其涉及一种铋掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、质子交换膜电解水制氢(pemwe)作为一种常见的电解水技术，由阴极析氢反应和阳极析氧反应(oer)两部分构成，可以在酸性、中性和碱性介质条件下得到应用。相比而言，在酸性介质中pemwe具有功率密度更大、气体纯度更高和能量转换效率更高等优势。然而，酸性介质下析氧反应电催化剂的反应动力学缓慢和稳定性低的问题限制了该技术的大规模应用。

2、目前，金红石结构的钌(ru)和铱(ir)氧化物作为两种性能优秀的材料被广泛应用于oer过程。钌氧化物(ruo2)相比铱氧化物(iro2)拥有更低的材料成本，并且在酸性介质中被证实拥有更高的催化活性，但是已有二氧化钌电催化剂在酸性介质中仍然存在oer过电势较高和稳定性较低的问题。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铋掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法与应用，旨在解决现有催化剂在酸性介质中存在oer过电势较高和稳定性不足等问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，包括步骤：

4、将钌盐、铋盐、还原剂、表面活性剂与1-十八烯和油胺的混合溶液进行混合，并进行搅拌加热处理，得到混合液；

5、利用有机溶剂对所述混合液进行洗涤，经离心处理，得到固体沉淀物；

6、对所述固体沉淀物进行焙烧处理，得到前驱体；

7、将所述前驱体与酸溶液进行混合，经洗涤干燥后，得到铋掺杂二氧化钌电催化剂。

8、所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其中，所述钌盐选自三氯化钌、乙酸钌、乙酰丙酮钌、十二羰基三钌、六羰基氯化钌中的一种或多种；和/或，所述铋盐选自硫酸铋、乙酸铋、柠檬酸铋、钒酸铋、硝酸铋、氯化铋、溴化铋中的一种或多种。

9、所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其中，所述还原剂选自l-抗坏血酸、柠檬酸钠、d-葡萄糖、六羰基钨中的一种或多种；所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、四乙基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、双十烷基二甲基溴化铵中的一种或多种。

10、所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其中，所述铋盐与所述钌盐的摩尔比为1:1～1:2；和/或，所述铋盐或所述钌盐与所述还原剂的摩尔比为1:5～1:10；和/或，所述铋盐或所述钌盐与所述表面活性剂的摩尔比为1:10～1:20。

11、所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其中，所述搅拌加热处理的搅拌速率为300rpm/min～800rpm/min，所述搅拌加热处理的温度为80℃～240℃，所述搅拌加热处理的时间为1h～6h。

12、所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其中，所述焙烧处理的温度为400℃～500℃，所述焙烧处理的时间为1h～5h，所述焙烧处理的升温速率为2℃/min～10℃/min。

13、所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其中，所述酸溶液选自硝酸、盐酸、硫酸中的一种；所述酸溶液的浓度为0.5mol/l～2mol/l。

14、一种铋掺杂二氧化钌电催化剂，利用所述铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法制得。

15、所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂，其中，所述铋掺杂二氧化钌电催化剂的粒径为20nm～80nm。

16、一种铋掺杂二氧化钌电催化剂作为阳极在酸性介质中电解水析氢系统中的应用。

17、有益效果：本发明提供一种铋掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法与应用，铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法包括步骤：将钌盐、铋盐、还原剂、表面活性剂与1-十八烯和油胺的混合溶液进行混合，并进行搅拌加热处理，得到混合液；利用有机溶液对所述混合液进行洗涤，经离心处理，得到固体沉淀物；对所述固体沉淀物进行焙烧处理，得到前驱体；将所述前驱体与酸溶液进行混合，经洗涤干燥后，得到铋掺杂二氧化钌电催化剂。利用该制备方法制得的铋掺杂二氧化钌电催化剂中的铋以单原子状态存在，分散于二氧化钌体系中，相比于其他状态的铋拥有更高的原子利用率，可以提供更多的活性位点用于析氧反应，使催化剂拥有更高的催化活性和更低的过电势；并且，该催化剂稳定性好；同时，该制备方法选用成本低廉的金属铋作为掺杂元素，制备方法简单易控，相较于传统二氧化钌基电催化剂析氧速率更高，有助于降低经济成本。

技术特征：

1.一种铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其特征在于，所述钌盐选自三氯化钌、乙酸钌、乙酰丙酮钌、十二羰基三钌、六羰基氯化钌中的一种或多种；和/或，所述铋盐选自硫酸铋、乙酸铋、柠檬酸铋、钒酸铋、硝酸铋、氯化铋、溴化铋中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其特征在于，所述还原剂选自l-抗坏血酸、柠檬酸钠、d-葡萄糖、六羰基钨中的一种或多种；所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、四乙基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、双十烷基二甲基溴化铵中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铋盐与所述钌盐的摩尔比为1:1～1:2；和/或，所述铋盐或所述钌盐与所述还原剂的摩尔比为1:5～1:10；和/或，所述铋盐或所述钌盐与所述表面活性剂的摩尔比为1:10～1:20。

5.根据权利要求1所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌加热处理的搅拌速率为300rpm/min～800rpm/min，所述搅拌加热处理的温度为80℃～240℃，所述搅拌加热处理的时间为1h～6h。

6.根据权利要求1所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其特征在于，所述焙烧处理的温度为400℃～500℃，所述焙烧处理的时间为1h～5h，所述焙烧处理的升温速率为2℃/min～10℃/min。

7.根据权利要求1所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法，其特征在于，所述酸溶液选自硝酸、盐酸、硫酸中的一种；所述酸溶液的浓度为0.5mol/l～2mol/l。

8.一种铋掺杂二氧化钌电催化剂，其特征在于，利用如权利要求1-7任一项所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂，其特征在于，所述铋掺杂二氧化钌电催化剂的粒径为20nm～80nm。

10.一种如权利要求8-9任一项所述的铋掺杂二氧化钌电催化剂作为阳极在酸性介质中电解水析氢系统中的应用。

技术总结本发明涉及能源材料材料技术领域，尤其涉及一种铋掺杂二氧化钌电催化剂及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：将钌盐、铋盐、还原剂、表面活性剂与1‑十八烯和油胺的混合溶液进行混合，并进行搅拌加热处理，得到混合液；利用有机溶液对混合液进行洗涤，经离心处理，得到固体沉淀物；对固体沉淀物进行焙烧处理，得到前驱体；将前驱体与酸溶液进行混合，经洗涤干燥后，得到铋掺杂二氧化钌电催化剂。利用该制备方法制得的铋掺杂二氧化钌电催化剂中的铋以单原子状态存在，分散于二氧化钌体系中，拥有更高的原子利用率，可以提供更多的活性位点用于析氧反应，使催化剂拥有更高的催化活性和更低的过电势；并且，该催化剂稳定性好。技术研发人员：骆静利,罗水平,杨志超,符显珠受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18