氧化钌催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化钌催化剂及其制备方法和燃料电池。所述氧化钌催化剂制备方法包括如下步骤：将可溶性硝酸盐进行熔融处理，获得熔融态硝酸盐；将所述熔融态硝酸盐与钌源进行混合处理，所述钌源发生氧化反应生成氧化钌；将生成有所述氧化钌的混合物进行水洗处理，除去硝酸盐。本发明专利技术制备方法制备的氧化钌催化剂具有丰富的晶体缺陷，其催化活性高。而且所述氧化钌催化剂的制备方法条件可控，制备的氧化钌催化剂结构和性能稳定，效率高，原材料来源广泛、贵金属利用率高，成本低，适合大规模生产，增强了在燃料电池、电解水中的应用性。

【技术实现步骤摘要】
氧化钌催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于燃料领域，具体涉及一种氧化钌催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
燃料电池是一种能够直接将燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的高效洁净发电装置，对于解决当今世界面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题具有重要的意义，被认为是21世纪最为重要的能源动力之一。然而，在燃料电池电堆启停和输出发生变化时，会产生电池的反极现象，使得阳极催化剂载体发生严重的腐蚀，极大的影响电堆的寿命。在阳极催化剂中加入一定量的抗反极催化剂，加速反极发生时的电解水析氧反应，能够有效降低反极时的电位，从而减少反极现象对燃料电池电堆寿命的影响。当前的抗反极催化剂主要时使用铱及其氧化物，铱的储量有限，并且在过去几年价格持续快速上涨，亟需发展高性能的廉价催化剂。钌的价格仅为铱价格的1/6左右，并且在酸性环境中，钌基催化剂的析氧反应动力学快于铱基催化剂。可见钌基催化剂在燃料电池的抗反极和分解水析氧的应用中具有很大的前景。尽管钌基催化剂的研究取得了相当的研究成果，但是这些研究大部分产率低，产量小，大多涉及贵重药品，制备的工艺复杂，仅限于实验室少量制备。规模化的应用对催化剂的需求量较大，因此，催化剂的规模化制备工艺要求简单，原料廉价易得，反应条件可控性好。因此，开发出一种性能优良、价格低廉、原料来源广泛、制备方法简单并适合大规模生产的析氧催化剂，成为影响燃料电池抗反极和分解水等能源转换装置商业化发展的重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种氧化钌催化剂及其制备方法，以解决现有钌基催化剂产量小、产率低和成本高的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一方面，提供了一种氧化钌催化剂的制备方法。所述氧化钌催化剂的制备方法包括如下步骤：将可溶性硝酸盐进行熔融处理，获得熔融态硝酸盐；将所述熔融态硝酸盐与钌源进行混合处理，所述钌源发生氧化反应生成氧化钌；将生成有所述氧化钌的混合物进行水洗处理，除去硝酸盐。本专利技术的另一方面，提供了一种氧化钌催化剂。所述氧化钌催化剂由本专利技术氧化钌催化剂制备方法制备形成。本专利技术的又一方面，提供了本专利技术氧化钌催化剂的应用方法。所述氧化钌催化剂在燃料电池、电解水中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下的技术效果：本专利技术氧化钌催化剂的制备方法制备的氧化钌催化剂具有丰富的晶体缺陷，其催化活性高。而且所述氧化钌催化剂的制备方法条件可控，制备的氧化钌催化剂结构和性能稳定，效率高，原材料来源广泛、贵金属利用率高，成本低，适合大规模生产。本专利技术氧化钌催化剂具有丰富的晶体缺陷，催化活性高，成本低。与现有商业化催化剂相比，不仅具有更优良的电化学析氧催化性能，同时其价格更加低廉，可替代商业化催化剂应用于燃料电池的抗反极和电解水制氢等领域，具备较高的实用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例制备方法的流程示意图；图2为实施例1制备的氧化钌纳米片催化剂的扫描电镜图；图3为实施例1制备的氧化钌纳米片催化剂的高分辨透射电镜图；图4为实施例1制备的氧化钌纳米片催化剂与商业化氧化钌催化剂在0.5M硫酸电解液中的极化曲线比较图；图5为实施例2制备的氧化钌纳米片催化剂的扫描电镜图；图6为实施例2制备的氧化钌纳米片催化剂的高分辨透射电镜图；图7为实施例2制备的氧化钌纳米片催化剂与商业化氧化钌催化剂在0.5M硫酸电解液中的极化曲线比较图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的描述中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在本专利技术的描述中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。需要理解的是，本专利技术实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本专利技术实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本专利技术公开的范围之内。具体地，本专利技术实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。一方面，本专利技术实施例提供了一种氧化钌催化剂的制备方法。所述氧化钌催化剂的制备方法工艺流程如图1所示，其包括如下步骤：S01：将可溶性硝酸盐进行熔融处理，获得熔融态硝酸盐；S02：将所述熔融态硝酸盐与钌源进行混合处理，所述钌源发生氧化反应生成氧化钌；S03：将生成有所述氧化钌的混合物进行水洗处理，除去硝酸盐。所述氧化钌催化剂的制备方法将钌源直接投入到熔融的硝酸盐中，利用熔融硝酸盐将钌源的阴离子分解，形成氧化钌溶解于熔盐中。当熔盐降温凝结时，氧化钌析出，从而形成氧化钌催化剂，而且所述氧化钌催化剂内部保留了大量的晶体缺陷，如多晶界面，原子空位以及非晶区域等，从而赋予氧化钌催化剂高的电催化反应活性。而且所述氧化钌催化剂的制备方法条件可控，制备的氧化钌催化剂结构和性能稳定，效率高，原材料来源广泛、贵金属利用率高，成本低，适合大规模生产。其中，所述步骤S01中，所述熔融态硝酸盐能够有效使得钌源熔融于其中。在一实施例中，所述可溶性硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷中的至少一种。该硝酸盐一方面具有良好的溶解性，便于后续步骤S03中通过溶解硝酸盐纯化氧化钌催化剂，另一方面具有相对适当的熔点温度如500℃左右，以为钌源阴离子分解提供反应环境。所述步骤S02本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化钌催化剂的制备方法，包括如下步骤：/n将可溶性硝酸盐进行熔融处理，获得熔融态硝酸盐；/n将所述熔融态硝酸盐与钌源进行混合处理，所述钌源发生氧化反应生成氧化钌；/n将生成有所述氧化钌的混合物进行水洗处理，除去硝酸盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种氧化钌催化剂的制备方法，包括如下步骤：
将可溶性硝酸盐进行熔融处理，获得熔融态硝酸盐；
将所述熔融态硝酸盐与钌源进行混合处理，所述钌源发生氧化反应生成氧化钌；
将生成有所述氧化钌的混合物进行水洗处理，除去硝酸盐。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述熔融态硝酸盐与钌源是按照硝酸盐与钌源质量比为500：(1-100)的比例进行混合处理。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化反应的时间为0.5-30分钟。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于：所述可溶性硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷中的至少一种；和/或
所述钌源包括氯化钌、乙酸钌，硝酸钌，乙酰丙酮钌中的至少一种。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志亮，王琦，冯其，曾林，李辉，王海江，
申请(专利权)人：深圳市合众清洁能源研究院，南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44