一种制备二元钌基氧化物催化剂的普适性方法及其应用

本发明涉及电极材料制备，特别涉及一种制备二元钌基氧化物催化剂的普适性方法及其应用。

背景技术：

1、电化学水分解制氢、燃料电池和金属空气电池技术的发展可以有效解决目前所面临的环境和能源问题，而析氧反应(oer)是其中的关键一步。析氧反应涉及到四电子和四质子的转移过程，因而需要消耗大量的能量来克服其反应动力学能垒。开发出廉价且高效的oer催化剂将大大降低这些技术的成本，从而促进其广泛应用。ru基催化剂因其价格仅为ir的五分之一，且具有良好的活性而得到了广泛的关注，但是ruo2的稳定性阻碍了其发展。一般来说，ruo2稳定性差主要源于两个原因，即晶格氧的氧化释放和表面ru的浸出。前者是由于ru过氧化成可溶性ruo4以及晶格氧参与oer引起的，而后者是由于表面ru的脱金属引起的。因此，提高钌基催化剂的活性和稳定性变得尤为重要。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提出一种制备二元钌基氧化物催化剂的普适性方法及其应用，采用多元醇还原法与空气中煅烧相结合的策略制备了一系列二元钌基氧化物阳极催化剂，并将其应用于酸性oer中。该制备方法对于电催化有一定的应用前景，对于促进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。

2、本发明为实现上述目的采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种制备二元钌基氧化物催化剂的普适性方法，包括：以三氯化钌和另一种金属化合物在含有聚乙烯吡洛烷酮和乙二醇的溶液中进行油浴反应，得到溶液a；将前驱体b与溶液a混合搅拌，离心得到前驱体c；将前驱体c在空气中煅烧得到二元钌基氧化物催化剂。

4、优选地，所述另一种金属化合物包括但不限于三氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化锰、氯化铱。

5、优选地，所述三氯化钌和另一种金属化合物的投料质量比为3～6:2～5，更优选为3:2。

6、优选地，油浴温度为160～210℃，保温时间为1～5h。

7、优选地，所述前驱体b包括但不限于碳粉、氧化石墨烯。

8、优选地，所述前驱体b的添加量不超过溶液a中金属含量的20％～40％；和/或搅拌温度为20～30℃，搅拌时间为12～24h。

9、优选地，离心转速10000～15000rpm，离心时间5～15min。

10、优选地，所述前驱体c在空气中煅烧的温度为600～800℃，升温速率为2～10℃/min，烧结的保温时间为60～180min。

11、本发明还提供了上述的方法制备得到的二元钌基氧化物催化剂。

12、本发明另提供了上述二元钌基氧化物催化剂在电解水oer反应中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、本发明提供一种制备二元钌基氧化物催化剂的普适性方法，该方法可以简单的实现一系列二元钌基氧化物催化剂的制备，是一种普适性的二元钌基氧化物电极材料的制备方法，该制备方法工艺简单，操作方便，成本低廉，且具有良好的电化学活性和高稳定性。制备获得的催化剂适用于电解水，且在电解水oer反应中可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。

技术特征：

1.一种制备二元钌基氧化物催化剂的普适性方法，包括：以三氯化钌和另一种金属化合物在含有聚乙烯吡洛烷酮和乙二醇的溶液中进行油浴反应，得到溶液a；将前驱体b与溶液a混合搅拌，离心得到前驱体c；将前驱体c在空气中煅烧得到二元钌基氧化物催化剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述另一种金属化合物包括三氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化锰、氯化铱。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三氯化钌和另一种金属化合物的投料质量比为3～6:2～5。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，油浴温度为160～210℃，保温时间为1～5h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体b包括碳粉、氧化石墨烯。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体b的添加量不超过溶液a中金属含量的20％～40％；和/或混合搅拌的搅拌温度为20～30℃，搅拌时间为12～24h。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，离心转速10000～15000rpm，离心时间5～15min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体c在空气中煅烧的温度为600～800℃，升温速率为2～10℃/min，烧结的保温时间为60～180min。

9.权利要求1～8任意一项所述的方法制备得到的二元钌基氧化物催化剂。

10.权利要求9所述的二元钌基氧化物催化剂在电解水oer反应中的应用。

技术总结本发明提出了一种制备二元钌基氧化物催化剂的普适性方法及其应用，以三氯化钌和另一种金属化合物在含有聚乙烯吡洛烷酮和乙二醇的溶液中进行油浴反应，得到溶液A；将前驱体B与溶液A混合搅拌，离心得到前驱体C；将前驱体C在空气中煅烧得到二元钌基氧化物催化剂。该方法可以简单的实现不同二元钌基氧化物催化剂的制备，制备获得的催化剂在酸性析氧反应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。技术研发人员：田新龙,于彦会,李静,康振烨受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23