在温和条件下制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种在温和条件下制备不同晶面Ag‑基催化剂膜材料的方法，具体方案为：在硝酸钾溶液中加入能和Ag+发生络合的络合剂，以改变Ag+在溶液中的金属存在形态，并且改变溶液的pH，同时又可以作为质子载体；再通过恒电位法原位沉积，即可得到Ag‑基析氧催化剂膜材料，并且在络合剂的加入量不同时，所得到的Ag‑基催化剂其暴露的晶面各异。该方法制备的暴露较优晶面的Ag‑基析氧催化剂具有较低的过电势，在碱性条件下电解6h仍表现出较高的催化活性和稳定性，为电解水制氢提供了一种新型阳极析氧材料，并且可以作为其他金属析氧催化剂特定晶面调控的一种有效手段，具有广泛的应用前景。

Preparation of membrane material for AgO oxygen evolution catalyst with different crystal planes under mild conditions

The invention provides a method for preparing Ag_based catalyst membrane materials with different crystal planes under mild conditions. The specific scheme is as follows: adding a complex agent which can complex Ag+ in potassium nitrate solution to change the metal existing form of Ag + in solution, changing the pH of solution, and at the same time acting as a proton carrier; Ag_based oxygen evolution catalyst membrane material can be obtained by potentiostatic in-situ deposition, and the exposed crystal planes of Ag_based catalyst are different with the amount of complexing agent added. The Ag_based oxygen evolution catalyst with better crystal surface exposed by this method has lower overpotential and higher catalytic activity and stability in alkaline electrolysis for 6 h. It provides a new kind of anodic oxygen evolution material for hydrogen production from electrolytic water and can be used as one of the special crystal surface control of other metal oxygen evolution catalysts. Effective means have wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
在温和条件下制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法
本专利技术属于无机功能材料及电化学
，具体为一种阳极原位电沉积制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法，在无机中性盐中加入含有质子的络合剂，采用电化学方法制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的技术方案。
技术介绍
将水分解成氢气和氧气是能量转化的一种简捷方式。析氧反应2H2O→4H++O2+4e−（酸性环境）或者4OH−→2H2O+O2+4e−（碱性环境）有很大的效率损失并且在动力学上不易发生。目前对于水氧化析氧催化剂的探索主要集中在过渡金属，包括Co-基，Ni-基，Cu-基，Fe-基催化剂。本专利技术人也发现了新型的Ag-基析氧催化剂，并且为提高其催化性能对其进行了改性。众所周知，催化剂的形貌和所暴露的晶面对其电化学性能有极其重要的作用。可是先前得到的Ag-基催化剂都有较为限定的晶体结构和晶面，甚至对于其他金属阳极析氧催化剂，针对其晶面特定调控的报道都鲜有报道。因此，对于银基析氧催化剂而言，合成暴露特定晶面，以得到电化学活性位较高的晶面，仍具有很大挑战。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种阳极原位电沉积制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的制备方法，本方法制备的Ag-基析氧催化剂为Ag（Ⅱ）氧化物，且在电解水过程中表现出优异的催化活性和稳定性。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种在温和条件下制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法，包括如下步骤：（1）、导电玻璃ITO基底的制备导电玻璃依次在丙酮和无水乙醇中分别超声清洗，然后用超纯水清洗干净备用；（2）、硝酸银溶液的配制称取分析纯硝酸银固体，配制0.02mol/L的硝酸银溶液；（3）、电解质溶液的配置配置0.1mol/LKNO3溶液，加入不同体积3.3mol/L的NH3·H2O，使其在溶液中的浓度分别为3.30mmol/L和8.25mmol/L，搅拌均匀，后移至微孔陶瓷玻璃作为隔膜的H型电解槽中，阳极、阴极室各加入38mL和40mL；用移液管移取2mL上述配制的硝酸银溶液加入阳极室；（4）、原位制备采用三电极体系的电化学工作站，将铂柱电极作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，导电玻璃作为工作电极，使导电玻璃部分与电解槽阳极室溶液接触，将H型电解槽固定于25℃的恒温水槽中，采用恒电位电解库仑法，电解电压为1.3vs.NHE。当通过导电玻璃表面的电量为1.5库伦时停止实验。本专利技术方法的技术关键在于，选择与前驱体硝酸银含有相同阴离子的硝酸钾作为电解质，并且根据前期探索已知电解质碱性较低不利于Ag+的阳极沉积，因此同样选择在硝酸钾中加氨水的方式，在不造成Ag+溶液损失的前提下，提高电解质的pH值。在此过程中氨水提供的NH3分子即改变了Ag+的金属存在形式，又在电沉积过程中充当PCET过程质子转移的受体。通过简单有效的恒电位沉积法合成了暴露不同晶面的AgO催化剂，并对其析氧性能进行了测试。本专利技术与现有调控晶面技术相比，具有以下优点：1、本方法制备条件温和（常温，常压，pH=10.64~10.89），方法简单、易于控制。2、本专利技术选择硝酸钾为电解质，一方面在前期研究基础上进一步减小电解质阴离子与Ag+的键合作用；另一方面舍弃了传统的电解质作为质子载体的观念，利用络合剂作为质子载体。3、本专利技术选择的络合剂为氨水，可根据其共性，扩充到其他能和Ag+络合的络合剂，为Ag-基催化剂的研究开辟一条新方向。4、本专利技术制备的Ag-基催化剂为Ag（Ⅱ）氧化物，通过调变络合剂的量调控AgO析氧催化剂的晶面。5、本专利技术首次通过原位电沉积的方式调控AgO晶面，并且这种方法有望用于其他金属氧化物特定晶面的调控，这种暴露高效析氧晶面催化剂在电解水领域有着广泛的应用前景。6、本专利技术制备的暴露较优晶面的Ag-基析氧催化剂具有较低的过电势，在碱性条件下电解6h仍表现出较高的催化活性和稳定性，并且制备工艺简单，为电解水制氢提供了一种新的阳极析氧材料，并且可作为其他析氧催化剂特定晶面调控的一种有效手段，具有广泛的应用前景。附图说明图1a表示实施例1所得产物的X射线衍射图谱（XRD）图。图1b表示实施例1所得产物的扫描电子显微镜图（SEM）图。图2a表示实施例2所得产物的X射线衍射图谱（XRD）图。图2b表示实施例2所得产物的和扫描电子显微镜图（SEM）图。图3表示实施例1所得产物在0.1MK3PO4中的计时电流曲线。图4表示实施例2所得产物在0.1MK3PO4中的计时电流曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。本专利技术所述的在温和条件下制备不同晶面Ag-基催化剂膜材料的方法，是在常温、常压、弱碱性（pH=10.64~10.89）条件下，通过原位阳极电沉积的方式制备Ag-基催化剂薄膜，操作简单，反应过程易于控制。具体方案为：在硝酸钾溶液中加入能和Ag+发生络合的络合剂，以改变Ag+在溶液中的金属存在形态，并且改变溶液的pH，同时又可以作为质子载体；再通过恒电位法原位沉积，即可得到Ag-基析氧催化剂膜材料，并且在络合剂的加入量不同时，所得到的Ag-基催化剂其暴露的晶面各异。实施例1一种在温和条件下制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法，包括如下步骤：（1）、将厚度为1.8mm，表面电阻为8.6±1.0Ω/sq规格的ITO导电玻璃裁成尺寸为1cm×5cm的玻片，将裁好的玻片依次在丙酮和无水乙醇中分别超声5分钟，然后用超纯水清洗干净备用。（2）、称取一定质量的分析纯硝酸银固体，配制100mL0.02mol/L的硝酸银溶液。（3）、配置100mL0.1mol/LKNO3溶液，加入3.3mol/L的NH3·H2O，使其在溶液中的浓度为3.30mmol/L，搅拌均匀，此时溶液的pH为10.64，后移至微孔陶瓷玻璃作为隔膜的H型电解槽中，阳极、阴极室各加入38mL和40mL。（4）、用移液管移取2mL上述配制的硝酸银加入阳极室采用三电极体系的电化学工作站，将铂柱电极（φ1mm×5mm）作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，导电玻璃作为工作电极，使导电玻璃1cm×1cm部分与电解槽阳极室溶液接触，将H型电解槽固定于25℃的恒温水槽中，采用恒电位电解库仑法，电解电压为1.3Vvs.NHE。当通过导电玻璃表面的电量为1.5库伦时停止实验，此条件下所得产物形貌为呈切去边角的长方块状。实施例2一种在温和条件下制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法，包括如下步骤：（1）、将厚度为1.8mm，表面电阻为8.6±1.0Ω/sq规格的ITO导电玻璃裁成尺寸为1cm×5cm的玻片，将裁好的玻片依次在丙酮和无水乙醇中分别超声5分钟，然后用超纯水清洗干净备用。（2）、称取一定质量的分析纯硝酸银固体，配制100mL0.02mol/L的硝酸银溶液。（3）、配置100mL0.1mol/LKNO3溶液，加入3.3mol/L的NH3·H2O，使其在溶液中的浓度为8.25mmol/L，搅拌均匀，此时溶液的pH为10.89，后移至微孔陶瓷玻璃作为隔膜的H型电解槽中，阳极、阴极室各加入38mL和40mL。（4）、用移液管移取2mL上述配制的硝酸银加入阳极室采用三电极体系的电化学工作站，将铂柱电极（φ1mm×5mm）作为辅助电极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在温和条件下制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、导电玻璃ITO基底的制备导电玻璃依次在丙酮和无水乙醇中分别超声清洗，然后用超纯水清洗干净备用；（2）、硝酸银溶液的配制称取分析纯硝酸银固体，配制0.02mol/L的硝酸银溶液；（3）、电解质溶液的配置配置0.1mol/L KNO3溶液，加入不同体积3.3mol/L的NH3·H2O，使其在溶液中的浓度分别为3.30mmol/L和8.25mmol/L，搅拌均匀，后移至微孔陶瓷玻璃作为隔膜的H型电解槽中，阳极、阴极室各加入38mL和40mL；用移液管移取2mL上述配制的硝酸银溶液加入阳极室；（4）、原位制备采用三电极体系的电化学工作站，将铂柱电极作为辅助电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，导电玻璃作为工作电极，使导电玻璃部分与电解槽阳极室溶液接触，将H型电解槽固定于25℃的恒温水槽中，采用恒电位电解库仑法，电解电压为1.3 vs.NHE。

【技术特征摘要】
1.一种在温和条件下制备暴露不同晶面AgO析氧催化剂膜材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、导电玻璃ITO基底的制备导电玻璃依次在丙酮和无水乙醇中分别超声清洗，然后用超纯水清洗干净备用；（2）、硝酸银溶液的配制称取分析纯硝酸银固体，配制0.02mol/L的硝酸银溶液；（3）、电解质溶液的配置配置0.1mol/LKNO3溶液，加入不同体积3.3mol/L的NH3·H2O，使其在溶液中的浓度分别为3.30mmol...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹丹，赵强，郝根彦，钟达忠，李晋平，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14