半导体材料负载贵金属氧化物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于新能源材料技术以及电化学催化技术领域，具体涉及一种半导体材料负载贵金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，制备方法包括分别将含有钨金属离子和含有钌金属离子的氯酸盐溶于乙醇溶液中，在水热条件下进行反应，最后在空气气氛下得到最终的半导体材料负载贵金属氧化物催化剂。本发明专利技术制备得到的半导体氧化物负载贵金属氧化物作为酸性水氧化催化剂有效降低了OER的过电位，并且充分发挥了颗粒

【技术实现步骤摘要】
半导体材料负载贵金属氧化物催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新能源材料技术以及电化学催化
，具体涉及一种半导体材料负载贵金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]质子交换膜电解水(PEMWEs)因其高能效、高产率和纯度而被广泛认为是一种将间歇性太阳能或风能储存为可持续氢气的理想技术。电解水包括两个半反应：阴极析氢反应(HER)和阳极析氢反应(OER)。与阴极HER的较低的能量损失相比，阳极OER仍然存在反应动力学缓慢以及酸性环境中稳定性差的问题，已成为PEMWEs实际应用的主要瓶颈，因此，开发高效廉价的酸性条件下的OER催化剂是所有电解水技术中最困难也是最有挑战性的。目前，质子交换膜阳极的催化剂主要以贵金属钌(Ru)基金属及其氧化物为主，但是，其稀缺性和昂贵的价格是其大规模应用的主要障碍。为了充分利用PEMWEs的优势，同时平衡价格和催化活性之间的关系，开发具有低Ru含量的高活性、高稳定性OER催化剂势在必行。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种半导体材料负载贵金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，该半导体氧化物负载贵金属氧化物作为酸性水氧化催化剂有效降低了OER的过电位，充分发挥了颗粒
‑
载体间的相互作用对颗粒以及载体的协同影响，在酸性水氧化的应用中表现出优异的催化性能。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种半导体材料负载贵金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)室温下，将含有W金属离子的氯酸盐加入定量乙醇溶液中搅拌使金属盐全部溶解，然后加入溶解有RuCl3的乙醇溶液，并搅拌至混合均一后将得到的混合溶液移至反应釜中，进行水热反应，反应完全后自然降温至室温；
[0007]将两种溶液搅拌至混合均一的目的是为了使W离子与Ru离子在溶剂中充分混合，使其在水热过程中能够形成半导体材料负载贵金属氧化物材料；
[0008](2)将步骤(1)得到的产物进行离心处理，洗涤多次，然后转移至真空箱中至干燥完全；
[0009]离心、洗涤的目的是洗掉催化剂中存在的非活性物质；
[0010](3)将步骤(2)得到的固体转移至管式炉中的瓷舟中，在空气气体氛围下以恒定的升温速率升温至300～400℃，恒温保持1.5h～2.5h，最后冷却至室温即得半导体材料负载贵金属氧化物。
[0011]进一步的，所述步骤(1)中，将20～25mgW金属离子的氯酸盐溶解于10～15mL乙醇中，所加入的RuCl3与W金属离子的氯酸盐的摩尔比为1：2。溶解RuCl3的乙醇的体积在1～5mL范围内，乙醇的体积主要满足能够完全溶解RuCl3即可。
[0012]进一步的，所述步骤(1)中含有W金属离子的氯酸盐为六氯化钨。
[0013]进一步的，所述步骤(1)中金属盐溶解的搅拌时间为20～30min，混合溶液的搅拌时间为10～20min。
[0014]进一步的，所述步骤(1)中的水热反应温度为180～210℃，反应时间为8～12h。
[0015]进一步的，所述步骤(2)中离心处理的时间为3～5min，离心转速为8000～12000r/min。
[0016]进一步的，所述步骤(2)中真空干燥时间为8～12h。
[0017]进一步的，所述步骤(3)中的升温速率为3～5℃/min。
[0018]本专利技术还保护采用所述制备方法制得的半导体材料负载贵金属氧化物催化剂。
[0019]本专利技术还保护采用所述制备方法制得的半导体材料负载贵金属氧化物催化剂在酸性水氧化中的应用。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术针对现有技术中存在的酸性水氧化催化剂价格昂贵、资源有限的问题，提供了一种半导体氧化物负载贵金属氧化物催化剂，该催化剂具有高的导电性和比表面积，而且有效降低了OER的过电位，是较为理想的OER反应过程。与现有技术相比，本专利技术提供的半导体氧化物负载贵金属氧化物催化剂应用于酸性水氧化主要具有以下优点：
[0022](1)将本专利技术制备的催化剂应用于酸性水氧化中，300mV(1.53Vvs.RHE)和370mV(1.6Vvs.RHE)过电位下的质量活度分别为27110Ag
‑
1Ru
和55977Ag
‑
1Ru
，分别是商业RuO2的10.8倍与10.9倍；
[0023](2)本专利技术制备的半导体氧化物负载贵金属氧化物具有优异的OER活性，并且在稳定性测试中，催化剂表现出了优异的稳定性能；
[0024](3)本专利技术制备的催化剂为非贵金属负载贵金属氧化物催化剂，其制备工艺简单，原料易得，成本低，有利于大规模开发利用。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备得到的RuO2/VO
‑
WO3的XRD图；
[0026]图2为实施例1制备得到的RuO2/VO
‑
WO3的SEM图；
[0027]图3为实施例1制备得到的RuO2/VO
‑
WO3的TEM图；
[0028]图4为实施例1与对比例1催化剂的性能测试结果；其中，图4中a为LSV对比图，b为Tafelslope对比图，c为稳定性对比图；
[0029]图5为实施例1与对比例1催化剂的质量活度对比结果。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]为了进一步理解本专利技术，将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0032]本专利技术提供了一种应用于酸性水氧化的半导体材料负载贵金属氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0033](1)室温下，将含有20～25mgWCl6加入10～15mL乙醇溶液中剧烈搅拌20～30min，使金属盐全部溶解，溶解后得到的金属盐溶液为透明淡黄色溶液；
[0034](2)按照RuCl3与WCl6摩尔比为1：2的比例，将5～7mgRuCl3溶于1～5mL乙醇溶液中，将步骤(2)中所得的RuCl3溶液加入(1)中，使两者搅拌10～20min至混合均一后将此溶液转移至反应釜中，进行水热反应，水热反应温度保持在180～210℃，水热时间为8～12h，反应完成后自然降温至室温；
[0035](3)将步骤(2)反应釜冷却后的物质进行离心处理，离心处理的时间为3～5min，离心转速为10000r/min，洗涤多次，然后转移至真空箱中8～12h至干燥完全；
[0036](4)将步骤(3)得到的固体转移至管式炉中的瓷舟中，在空气气体氛围下以3～5℃/min的恒定的升温速率升温至300℃～4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料负载贵金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)室温下，将含有W金属离子的氯酸盐加入定量乙醇溶液中搅拌使金属盐全部溶解，然后加入溶解有RuCl3的乙醇溶液，并搅拌至混合均一后将得到的混合溶液移至反应釜中，进行水热反应，反应完全后自然降温至室温；(2)将步骤(1)得到的产物进行离心处理，洗涤多次，然后转移至真空箱中至干燥完全；(3)将步骤(2)得到的固体转移至管式炉中的瓷舟中，在空气气体氛围下以恒定的升温速率升温至300～400℃，恒温保持1.5h～2.5h，最后冷却至室温即得半导体材料负载贵金属氧化物。2.根据权利要求1所述的半导体材料负载贵金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将20～25mgW金属离子的氯酸盐溶解于10～15mL乙醇中，所加入的RuCl3与W金属离子的氯酸盐的摩尔比为1：2。3.根据权利要求1所述的半导体材料负载贵金属氧化物催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中含有W金属离子的氯酸盐为六氯化钨。4.根据权利要求1所述的半导体材料负载贵金属氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘希恩，王雪峰，秦清，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：