一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于电催化剂领域，具体涉及一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂及其制备方法。本发明专利技术利用氢氧化锶溶解度随温度变化情况，将高温氢氧化锶溶液与金属氯酸反应，再通过降温使得贵金属氢氧化物的外层析出氢氧化锶沉淀，将沉淀高温煅烧，获得锶掺杂的贵金属氧化物的析氧电催化剂；本发明专利技术方法简单、对设备要求低，获得的析氧电催化剂稳定性好，反应位点多，催化活性高。

A Sr-doped Noble Metal Oxide Electrocatalyst for Oxygen Evolution and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of electrocatalysts, in particular to a strontium doped noble metal oxide oxygen evolution electrocatalyst and a preparation method thereof. The present invention utilizes the change of solubility of strontium hydroxide with temperature to react high temperature strontium hydroxide solution with metal chloric acid, then precipitates strontium hydroxide from the outer layer of noble metal hydroxide by cooling, calcines the precipitation at high temperature, and obtains the oxygen evolution electric catalyst of noble metal oxide doped with strontium; the method of the present invention is simple, the equipment requirement is low, and the oxygen evolution electric catalyst obtained is stable. Good characterization, many reaction sites and high catalytic activity.

【技术实现步骤摘要】
一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂及其制备方法
本专利技术属于电催化剂领域，具体涉及一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂及其制备方法。
技术介绍
能源转化技术在可再生能源消纳与存储中具有重要作用，其中固体聚合物水电解(Solidpolymerwaterelectrolysis，SPE)技术具有效率高、体积小、启停快、寿命长等多种优点，逐渐为国内外所接受并初步商业化。然而由于固体聚合物水电解技术需要使用贵金属作为其催化剂，电堆成本较目前普及的碱液电解更高，所以限制了其应用规模。在氢气析出一侧，目前已经可以使用碳担载铂催化剂，在较低的贵金属担载量下达到较为良好的性能。氢气析出反应也仅涉及2个电子，电催化剂的过电位相对较低。而对于氧气析出为4电子反应，电催化剂的过电位相对较高，为了达到较好的性能，需要采用高贵金属(铱/钌)担载量的催化剂。然而单纯采用贵金属作为催化剂的消耗量大，成本过高，因此一般会将贵金属作为活性相加入载体，制成负载型贵金属催化剂。常见的载体有TiO2、Al2O3、AC、SnO2和MOF等，例如孙良良等(孙良良，罗凌虹，石纪军，程亮，刘丽丽，徐序.具有核壳结构IrO2＠Ti的电解水析氧催化剂的研究[J].中国陶瓷，2017，53(07)：36－40.)以H2IrCl6·nH2O和钛粉为主要原料,采用硼氢化钠还原法制备铱包裹钛(Ir@Ti)催化剂。通过在不同温度下对Ir@Ti催化剂进行加热处理,制备IrO2包裹Ti(IrO2@Ti)催化剂。研究表明:该方法制备的IrO2@Ti催化剂,纳米级IrO2分布在Ti颗粒表面,形成了具有核壳结构的包裹型催化层。500℃下处理的IrO2@Ti催化剂的具有最高的析氧活性。按照Ir∶Ti的摩尔比为1∶2,1∶6,1∶10配置的IrO2@Ti催化剂,随着IrO2含量的增高,形成了IrO2外壳型结构,IrO2催化层包覆在可以有效降低析氧电位。其中1：2的催化剂的析氧性能最优,在常压下,25℃时,电解水电流为0.24A·cm-2时的电解电压为3V。中国专利申请CN108546962A公开了一种高比表面积多孔碳掺杂铱的电解水析氧催化剂的制备方法，利用浸渍法将铱离子浸渍到有机框架MOF－5材料中得到前驱体并由此制备高比表面积多孔碳掺杂铱析氧催化剂，该制备工艺提高了电解水阳极催化剂在酸性电解液中的耐腐蚀性和催化剂的稳定性。但是这种制备方法的步骤繁多，并且需要较多的有机溶剂，成本较高。然而，这些研究仍存在着催化剂活性低，制备方法复杂，有机溶剂用量大等问题。本领域技术人员一直致力于寻找一种制备方法简单、成本低、催化性能好的负载型贵金属析氧催化剂，而目前并没有将锶(Sr)与贵金属氧化物结合作为析氧电催化剂的报道。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的没有锶掺杂贵金属氧化物制备析氧催化剂的缺陷，从而提供一种制备方法简单、成本低、催化剂活性好的锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂及其制备方法。为此，本专利技术的技术方案如下：一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将金属氯酸与70－90℃的氢氧化锶溶液混合；(2)将步骤(1)得到的混合溶液降温至0－30℃，离心，取沉淀；(3)将步骤(2)得到的沉淀煅烧，即得析氧电催化剂。进一步地，所述步骤(1)中，氢氧化锶和金属氯酸的摩尔比≥3：1。进一步地，所述步骤(1)中，金属氯酸为氯铱酸或氯钌酸。进一步地，所述步骤(1)中，金属氯酸的浓度为0.02－2mol/L。进一步地，所述步骤(1)中，氢氧化锶的浓度为0.15－1.7mol/L。进一步地，先将金属氯酸和金属氧化物的纳米颗粒混合形成悬浊液，再与70－90℃的氢氧化锶溶液混合。进一步地，所述步骤(1)中，金属氧化物为氧化钛、氧化锡和氧化锆中的一种。进一步地，所述步骤(1)中，金属氯酸和金属氧化物摩尔比为1：0.1－10。进一步地，所述步骤(3)中，煅烧温度为400－1200℃，煅烧时间为1－4h。一种根据上述方法制备得到的锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂。进一步地，所述析氧电催化剂包括贵金属氧化物和有晶格空位的氧化锶。进一步地，所述析氧电催化剂为核壳结构，包括核体和包覆于核体的有晶格空位的氧化锶，所述核体为贵金属氧化物；或所述核体为贵金属氧化物和金属氧化物形成的混合体；或所述核体为贵金属氧化物包封金属氧化物形成的复合结构；进一步地，所述贵金属氧化物为氧化铱或氧化钌；所述金属氧化物为氧化钛、氧化锡和氧化锆中的一种。本专利技术技术方案，具有如下优点：1、本专利技术提供一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂的制备方法，利用氢氧化锶溶解度随温度变化析出锶，合成掺杂锶的析氧电催化剂，制备方法简单，无任何有机溶剂的加入，安全性强，对设备要求低，适合大规模生产。2、本专利技术提供一种锶掺杂贵金属氧化物制备析氧电催化剂，将非贵金属锶(Sr)掺入贵金属催化剂中，可以对晶格产生影响，增加催化剂反应位点，提高催化剂性能，降低贵金属担载量。附图说明图1是本专利技术实施例1－8制备得到的析氧电催化剂的结构示意图；图2是本专利技术实施例1－8制备得到的析氧电催化剂的结构示意图；图3实施例1制备得到的析氧电催化剂的XRD特征图谱；图4实施例1制备得到的析氧电催化剂的SEM图；图5实施例9制备得到的析氧电催化剂的XRD特征图谱。具体实施方式提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。实施例和对比例中金属氧化物即氧化钛、氧化锡和氧化锆的粒径为30nm。过电位测试方法：过电位测试方法：使用电化学工作站测量伏安特性曲线，在对应的电流密度下的电解电压值，减去反应动力学所需电压(1.229V)的数值。稳定性测试方法：固定某一电解电压下持续电解一段时间，测试电流密度的衰减值；或者固定某一电流密度下持续电解一段时间。实施例1锶掺杂氧化铱的析氧电催化剂的制备配置0.1mol/L的氯铱酸20mL；配置80℃，0.6mol/L的氢氧化锶溶液21.85mL；将两者混合后降温至20℃，10000rpm离心，取沉淀，将沉淀在550℃煅烧2h，得到0.55g，SrO、IrO2摩尔比为1：2的锶掺杂氧化铱析氧电催化剂。制备担载量为2.5mg/cm2的析氧电极，经过测试，在电流密度为10mA/cm2时，该催化剂的过电位为0.28V，在电流密度为100mA/cm2时，该催化剂的过电位为0.66V；在100mA/cm2电流密度的测试条件下，经过2.5小时稳定性测试后，电流密度衰减为5％。图1为实施例1－8制备得到的析氧电催化剂的结构示意图，核体为贵金属氧化物，壳层为有晶格空位的氧化锶；图3为本实施例制备得到的析氧电催化剂的XRD特征谱图；图4为本实施例制备得到的析氧电催化剂的SEM图。实施例2锶掺杂氧化铱的析氧电催化剂的制备配置0.1mol/L的氯铱酸20mL；配置80℃，0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金属氯酸与70－90℃的氢氧化锶溶液混合；(2)将步骤(1)得到的混合溶液降温至0－30℃，离心，取沉淀；(3)将步骤(2)得到的沉淀煅烧，即得析氧电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种锶掺杂贵金属氧化物的析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金属氯酸与70－90℃的氢氧化锶溶液混合；(2)将步骤(1)得到的混合溶液降温至0－30℃，离心，取沉淀；(3)将步骤(2)得到的沉淀煅烧，即得析氧电催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氢氧化锶和金属氯酸的摩尔比≥3：1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，金属氯酸为氯铱酸或氯钌酸。4.根据权利要求1－3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，先将金属氯酸和金属氧化物的纳米颗粒混合形成悬浊...

【专利技术属性】
技术研发人员：田博元，刘少名，宋洁，许可，梁丹曦，李璐，杨岑玉，徐桂芝，邓占锋，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网山西省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11