一种CeO制造技术

本发明专利技术涉及一种CeO

【技术实现步骤摘要】
一种CeO2基电催化产氧催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于电催化领域，涉及一种产氧的阳极反应催化剂，尤其是一种CeO2基电催化产氧催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
社会的高速发展对于能源的消耗越来越大，传统化石燃料如石油、天然气和煤炭储量的有限性，以及在使用过程中造成的环境污染等问题迫使科研人员加大力度研究和开发可持续清洁能源。氢能由于燃烧热值高，并且使用过程基本是零污染，成为了一种备受青睐的清洁能源。氢能的制备技术中最环保也是最有前景的便是通过可持续能源如风能和太阳能进行电解水制氢。电解水制氢过程包括产氢的阴极反应和产氧的阳极反应，由于产氧反应涉及到4电子的转移，因而需要消耗更多的能量，这也是造成电解水制氢过程能耗较高的主要原因。现有技术中，产氧反应催化剂能否实现工业化生产主要取决于该催化剂的催化性能、稳定性以及材料成本和制备成本。目前公认比较好的产氧催化剂是贵金属氧化物RuO2和IrO2，但是高价格和稳定性差制约了这些催化剂的大规模使用。氧化铈（CeO2）中Ce3+与Ce4+的共存并且相互之间容易转化，使得其具有优异的氧化还原性能。同时，氧空位将伴随着Ce3+而形成，使得其具有较好的储氧和氧传导的能力。这些优异的性能使得其被广泛应用于包括CO氧化和NOx的选择性催化还原在内的热催化。近年来，越来越多的研究者开始将其应用于电催化产氧反应，并且取得了不错的进展。但CeO2的应用主要是作为整个催化剂的其中一组分而不是直接被用作产氧催化剂，单一组分CeO2的电催化产氧性能几乎可以忽略。因而，只有通过找到CeO2的活化方法来提高其本征催化活性，才能使CeO2能够单独的应用于电催化产氧，并且以活化后的CeO2与其他产氧催化剂进行复合时，催化剂的整体性能也会得到进一步改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中CeO2在电催化产氧过程中无催化活性或催化活性弱的问题，从而显著提高CeO2的电催化活性，使之能够单独应用于电催化产氧。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过如下技术方案得以实现的。本专利技术第一方面提供了一种CeO2基电催化产氧催化剂，包括CeO2，其中CeO2进行了如下处理：将CeO2沉积到碳布表面，再进行活化。作为优选地，所述CeO2的结构选自平面结构、多孔结构、纳米片、纳米线、纳米棒以及微球结构中的一种或多种。作为优选地，所述CeO2通过选自电镀法、水热法、共沉淀、溶胶凝胶、高温煅烧中的一种或多种方法沉积到碳布表面。作为优选地，所述活化选自电化学处理、氢气气氛热处理、氧气气氛热处理、空气气氛等离子体处理、氮气气氛等离子处理中的一种或多种。作为优选地，所述活化为先通过氧气气氛热处理，再进行氢气气氛热处理。本专利技术第二方面提供了一种CeO2基电催化产氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：（1）将CeO2沉积到碳布表面，得到CeO2-f；（2）对CeO2-f进行活化处理，制得CeO2电催化产氧催化剂。作为优选地，所述CeO2的结构选自平面结构、多孔结构、纳米片、纳米线、纳米棒以及微球结构中的一种或多种。作为优选地，步骤（1）中所述CeO2通过选自电镀法、水热法、共沉淀、溶胶凝胶、高温煅烧中的一种或多种方法沉积到碳布表面。作为优选地，步骤（2）中所述活化选自电化学处理、氢气气氛热处理、氧气气氛热处理、空气气氛等离子体处理、氮气气氛等离子处理中的一种或多种。作为优选地，步骤（2）中活化为先通过氧气气氛热处理，再进行氢气气氛热处理。本专利技术第三方面提供了一种CeO2基电催化产氧催化剂在电催化产氧中的应用，所述电催化产氧催化剂包括CeO2，其中CeO2进行了如下处理：将CeO2沉积到碳布表面，再进行活化。作为优选地，所述CeO2的结构选自平面结构、多孔结构、纳米片、纳米线、纳米棒以及微球结构中的一种或多种。作为优选地，所述CeO2通过选自电镀法、水热法、共沉淀、溶胶凝胶、高温煅烧中的一种或多种方法沉积到碳布表面。作为优选地，所述活化选自电化学处理、氢气气氛热处理、氧气气氛热处理、空气气氛等离子体处理、氮气气氛等离子处理中的一种或多种。作为优选地，所述活化为先通过氧气气氛热处理，再进行氢气气氛热处理。通常来说，提高催化剂活性的办法除了通过提高催化剂的本征活性外，还可以通过增加催化剂的活性位点数量来实现。制备比表面积大的纳米结构从而暴露更多的催化活性位点便是一种常用的手段。本专利技术通过将CeO2沉积到碳布表面得到CeO2新鲜样品（CeO2-f）；然后，对CeO2-f进行一系列的后处理，不同的后处理方式得到了具有不同化学组成（Ce3+和Ce4+）和缺陷类型（氧空位与铈空位）的氧化铈，它们具有不同的电催化产氧本征活性，其本质是提高CeO2中Ce3+的含量。通过其他表征和理论计算表明氧化铈中Ce3+含量的增加不仅能提高其导电性，并且能优化与产氧反应中间物质OH的吸附能，从而大大提高其本征产氧催化活性。为了进一步提高其产氧活性，本专利技术专利技术人通过使CeO2-f先在氧气气氛中煅烧，再在氢气气氛中热处理而得到CeO2-O2-H2的多孔结构。通过上述处理，可以更进一步提高二氧化铈本征活性，同时暴露更多的活性位点，使得其产氧催化活性甚至优于贵金属催化剂RuO2。应理解的是，上述改进是本专利技术为了获得更加显著的技术效果而所选择的较优方案，而并非用作对本专利技术的限制。产氧催化活性结果如图5所示，CeO2-O2-H2的产氧性能不仅优于CeO2-H2的，并且还略高于贵金属催化剂RuO2。本专利技术相对于现有技术具有如下技术效果：（1）常规的CeO2由于导电性差等因素无法被单独应用于电催化产氧反应，其应用主要是作为整个催化剂的其中一组分而不是直接被用作产氧催化剂。本专利技术通过大量实验找到了CeO2的活化方法，即通过提高CeO2中Ce3+的含量可以显著提高CeO2的活性，进而活化CeO2，使其电催化产氧性能得到极大提高。（2）本专利技术制备得到的电催化产氧催化剂，其催化产氧性能能够媲美于传统的贵金属催化剂RuO2，甚至具有更加高效的催化性能。（3）本专利技术通过对CeO2的活化而制得的电催化产氧催化剂，其制备成本更低，工艺更简便，经济效益明显，非常适用于工业化大规模生产。附图说明图1为本专利技术CeO2基电催化产氧催化剂的制备流程图。图2为通过不同活化方法制备得到的CeO2基电催化产氧催化剂的电催化产氧活性（a）和本征产氧活性（b）示意图。图3为CeO2-H2在不同倍率显微镜下的平面结构示意图。图4为多孔CeO2-O2-H2催化剂在不同倍率显微镜下的结构示意图。图5为CeO2催化剂与贵金属催化剂RuO2产氧催化性能对比结果。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CeO

【技术特征摘要】
1.一种CeO2基电催化产氧催化剂，包括CeO2，其特征在于，所述CeO2进行了如下处理：将CeO2沉积到碳布表面，再进行活化。


2.根据权利要求1所述的CeO2基电催化产氧催化剂，其特征在于，所述CeO2的结构选自平面结构、多孔结构、纳米片、纳米线、纳米棒以及微球结构中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的CeO2基电催化产氧催化剂，其特征在于，所述CeO2通过选自电镀法、水热法、共沉淀、溶胶凝胶、高温煅烧中的一种或多种方法沉积到碳布表面。


4.根据权利要求1所述的CeO2基电催化产氧催化剂，其特征在于，所述活化选自电化学处理、氢气气氛热处理、氧气气氛热处理、空气气氛等离子体处理、氮气气氛等离子处理中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的CeO2基电催化产氧催化剂，其特征在于，所述活化为先通过氧气气氛热处理，再进行氢气气氛热处理。


6.根据权利要求1-5任一项所述的CeO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世和，龙霞，於俊，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44