海胆状金红石型二氧化钛担载氧化钌氧析出催化剂、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种海胆状RuO2/r‑TiO2氧析出催化剂的制备方法，包括：将锐钛型TiO2在氢气和惰性气体的混合气氛中煅烧，得到具有氧缺陷的金红石型TiO2；将具有氧缺陷的金红石型TiO2分散后与还原剂混合，得到第一悬浊液；将第一悬浊液与钌盐溶液混合搅拌、洗涤、干燥、煅烧得到海胆状RuO2/r‑TiO2。本发明专利技术采用处理过的r‑TiO2做载体，其通过高温还原具有一定的氧缺陷，以湿化学法制备成海胆状RuO2/r‑TiO2催化剂；其中RuO2为颗粒状，经过具有氧缺陷的r‑TiO2诱导生成刺状结构，二者复合生成海胆状。采用本发明专利技术方法制备的催化剂具有良好的的电化学性能。

Ruthenium oxide oxygen precipitation catalyst supported on sea urchin rutile titanium dioxide, its preparation method and Application

The invention provides a preparation method of sea urchin-like RuO 2/r Ti 2 oxygen precipitation catalyst, which includes: calcining anatase type titanium dioxide in a mixture atmosphere of hydrogen and inert gas to obtain rutile type titanium dioxide with oxygen defect; dispersing rutile type titanium dioxide with oxygen defect and mixing with reducing agent to obtain the first suspension; mixing the first suspension with ruthenium salt solution to stir, wash, and mix. Sea urchin-like RuO 2/r -Ti 2 was obtained by drying and calcining. The present invention adopts treated r titanium dioxide as carrier, which has certain oxygen defect through high temperature reduction, and uses wet chemical method to prepare urchin-like RuO 2/r titanium dioxide catalyst, in which RuO 2 is granular and is induced to form spiny structure by R titanium dioxide with oxygen defect, and the two are combined to form urchin-like structure. The catalyst prepared by the method of the invention has good electrochemical performance.

【技术实现步骤摘要】
海胆状金红石型二氧化钛担载氧化钌氧析出催化剂、其制备方法和应用
本专利技术涉及电解水
，尤其是涉及一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂、其制备方法和应用。
技术介绍
氢能作为目前最有发展前途的清洁能源，转化为电能的过程中只产生无污染的水，所以发展氢能是促进清洁能源规模使用关键的一环。质子交换膜(PEM)电解水装置是采用电化学方法把水分解，产生氢气和氧气的装置。氢析出反应(HER)是电解水反应的主要用途，然而阳极发生氧析出反应涉及4电子过程，致使较慢的动力学速度与较高的过电位[YANGT,DUM,ZHUH,etal.ImmobilizationofPtNanoparticlesinCarbonNanofibers:BifunctionalCatalystforHydrogenEvolutionandElectrochemicalSensor[J].ElectrochimicaActa,2015,167(48-54)]。OER电催化剂在酸性介质中动力学过程缓慢主要是由于电子转移给催化剂表面的氧中间物种过程较慢，在酸性介质中可以提高质子(电子)传导速率，减少副反应发生，更有利于OER反应进行[SARDARK,PETRUCCOE,HILEYCI,etal.Water-splittingelectrocatalysisinacidconditionsusingruthenate-iridatepyrochlores[J].AngewandteChemie,2014,53(41):10960-10974.]。在酸性溶液中，可用的OER电催化剂有限，因为大多数催化剂在酸性电解条件下不稳定。目前应用于OER催化反应的是IrO2和RuO2，这两种物质中IrO2的稳定性更高，RuO2的催化活性更好[NONGHN,OHHS,REIERT,etal.Oxide-supportedIrNiOxcore-shellparticlesasefficient,cost-effective,andstablecatalystsforelectrochemicalwatersplitting[J].AngewandteChemie,2015,54(10):2975-2989.]。RuO2不稳定主要是形成了更加不稳定的RuO4，因此，开发一种催化活性好并且稳定性高的催化剂是非常必要的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂的制备方法，本专利技术制备的海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂催化活性高、稳定性好。本专利技术提供了一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂的制备方法，包括：A)将锐钛型TiO2在氢气和惰性气体的混合气氛中煅烧，得到具有氧缺陷的金红石型TiO2；B)将所述具有氧缺陷的金红石型TiO2分散后与还原剂混合，得到第一悬浊液；C)将所述第一悬浊液与钌盐溶液混合搅拌、洗涤、干燥、煅烧得到海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂。优选的，步骤A)所述煅烧温度为700～1200℃；所述煅烧时间为1～10h。优选的，步骤A)所述惰性气体为氮气、氦气、氖气和氩气中的一种或几种；所述氢气与惰性气体的体积百分比为5％～20％。优选的，步骤B)所述还原剂为硼氢化钠；步骤B)所述分散为超声分散；所述超声功率为80～100W；所述超声时间为15～60min。优选的，所述钌盐为卤化钌；钌盐与还原剂的摩尔比为1：(5～40)；所述具有氧缺陷的金红石型TiO2与钌盐的摩尔比为1：(0.25～2)。优选的，步骤C)所述干燥温度为50℃～80℃；所述干燥时间为6h～24h。优选的，步骤C)所述煅烧在石英舟中进行；所述煅烧温度为300～400℃；所述煅烧时间为0.5～3h。本专利技术提供了一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。本专利技术提供了上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂在电解水阳极氧析出中的应用。本专利技术提供了一种电解水的方法，包括上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂。与现有技术相比，本专利技术提供了一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂的制备方法，包括：A)将锐钛型TiO2在氢气和惰性气体的混合气氛中煅烧，得到具有氧缺陷的金红石型TiO2；B)将所述具有氧缺陷的金红石型TiO2分散后与还原剂混合，得到第一悬浊液；C)将所述第一悬浊液与钌盐溶液混合搅拌、洗涤、干燥、煅烧得到海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂。本专利技术采用处理过的r-TiO2做载体，其通过高温还原具有一定的氧缺陷，以湿化学法制备成海胆状RuO2/r-TiO2催化剂；其中，RuO2本身为颗粒状，经过具有氧缺陷的r-TiO2诱导生成刺状结构，二者复合生成海胆状。其中r-TiO2还可以抑制Ru被氧化成高价态，以此来提高Ru基催化剂的稳定性。实验结果表明，采用本专利技术方法制备的催化剂具有良好的的电化学性能，其处理方法操作简便，制作周期较短，且电化学性能得到明显提升。另外，本专利技术提供的方法操作简单、条件温和，操作步骤简单，易于规模化生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的a-TiO2和r-TiO2的XRD图；图2为本专利技术实施例1制备的RuO2,RuO2/a-TiO2,RuO2/r-TiO2的XRD图；图3为本专利技术实施例1制备的RuO2/a-TiO2的SEM图；图4为本专利技术实施例2制备的RuO2/r-TiO2的SEM图；图5为本专利技术实施例4所述的RuO2,RuO2/a-TiO2,RuO2/r0-TiO2,RuO2/r-TiO2的LSV图；图6为本专利技术实施例4所述的RuO2,RuO2/a-TiO2,RuO2/r0-TiO2,RuO2/r-TiO2的计时电势图；图7为本专利技术比较例1制备的RuO2/r0-TiO2的SEM图。具体实施方式本专利技术提供了一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂、其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。本专利技术提供了一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂的制备方法，包括：A)将锐钛型TiO2在氢气和惰性气体的混合气氛中煅烧，得到具有氧缺陷的金红石型TiO2；B)将所述具有氧缺陷的金红石型TiO2分散后与还原剂混合，得到第一悬浊液；C)将所述第一悬浊液与钌盐溶液混合搅拌、洗涤、干燥、煅烧得到海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂。本专利技术提供的海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂的制备方法首先将锐钛型TiO2在氢气和惰性气体的混合气氛中煅烧，得到具有氧缺陷的金红石型TiO2。本专利技术将锐钛型TiO2记为a-TiO2，金红石型TiO2记为r-TiO2。本专利技术对于所述锐钛型TiO2不进行限定，本领域技术人员熟知的市售的即可；是取用商业锐钛型TiO2作为Ti源，无其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海胆状RuO2/r‑TiO2氧析出催化剂的制备方法，包括：A)将锐钛型TiO2在氢气和惰性气体的混合气氛中煅烧，得到具有氧缺陷的金红石型TiO2；B)将所述具有氧缺陷的金红石型TiO2分散后与还原剂混合，得到第一悬浊液；C)将所述第一悬浊液与钌盐溶液混合搅拌、洗涤、干燥、煅烧得到海胆状RuO2/r‑TiO2氧析出催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂的制备方法，包括：A)将锐钛型TiO2在氢气和惰性气体的混合气氛中煅烧，得到具有氧缺陷的金红石型TiO2；B)将所述具有氧缺陷的金红石型TiO2分散后与还原剂混合，得到第一悬浊液；C)将所述第一悬浊液与钌盐溶液混合搅拌、洗涤、干燥、煅烧得到海胆状RuO2/r-TiO2氧析出催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述煅烧温度为700～1200℃；所述煅烧时间为1～10h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述惰性气体为氮气、氦气、氖气和氩气中的一种或几种；所述氢气与惰性气体的体积百分比为5％～20％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B)所述还原剂为硼氢化钠；步骤B)所述分散为超声分散；所述超声功率为80～100W；所述超声时间为15～60min。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢巍，高红梅，李国强，刘长鹏，葛君杰，金钊，李晨阳，梁亮，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22