本发明专利技术提供了一种过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂及其制备方法和应用。所述制备方法包括：(1)配制过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液，其中，所述稀土金属盐中包括至少5种稀土元素；(2)将所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液作为电沉积液，将催化剂载体作为工作电极，进行电化学沉积，得到催化剂前驱体；(3)对所述催化剂前驱体进行热处理还原，得到所述过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂。通过本发明专利技术的制备方法，可在催化剂中引入组成多样的高熵稀土氧化物，并且能充分利用过渡金属与高熵稀土氧化物之间的协同作用，有效降低析氢过电位，从而能够大幅度提高催化剂的电解水析氢性能。能。能。
【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于催化剂
，涉及一种过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]氢能的开发与利用已经成为世界新一轮能源变革的主要方向之一。电解水制氢过程技术设备简单，工艺流程稳定可靠，产生的氢气无副产物且纯度极高，在环境效益及能源效率方面均具有技术优越性，是成为解决现今能源危机的重要途径。
[0003]但当下电解水制氢领域还存在着巨大的改善空间，由于缺少良好的催化剂，导致在电解水过程中需要消耗大量的能量，电解水设备在实际应用中所需要的外加电压要远高于理论值。为了提高电解水制氢的效率，需要具备良好催化性能的材料来降低反应能垒，降低电能消耗。开发具有高性能的电解水催化剂对于制氢技术的发展具有重要意义。
[0004]目前，异质结催化剂作为电解水析氢催化剂已被广泛的研究，CN115572998A公开了一种泡沫镍负载双金属磷化物/硫化物异质结构析氢催化剂的制备方法，以镍盐、钴盐为金属源，以硫脲为硫源，以次磷酸钠为磷源，采用温和简单的两步电沉积方法制备。首先选择导电性好的泡沫镍作为基底，通过循环伏安电沉积法直接在泡沫镍上生长镍钴硫化物纳米片阵列；然后通过恒电压电沉积在镍钴硫化物纳米片表面原位包覆镍钴磷纳米颗粒得到具有分层异质结构的电催化析氢催化剂，方法较为复杂，且应用于电催化析氢时催化效果有限。
[0005]因此，亟需提供一种催化剂的制备方法，以解决方法复杂的问题，并提升催化剂应用于电催化析氢的催化效果。
技术实现思路
[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂及其制备方法和应用。通过本专利技术的制备方法，可在催化剂中引入组成多样的高熵稀土氧化物，能新增不同种类的活性位点以增强催化剂的活性，并且能充分利用过渡金属与高熵稀土氧化物之间的协同作用，有效降低析氢过电位，从而能够大幅度提高催化剂的电解水析氢性能；此外，本专利技术的方法简便，合成过程不涉及复杂的设备，消耗的能源较少，实验周期短。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0009](1)配制过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液，其中，所述稀土金属盐中包括至少5种稀土元素(例如可以是5种、6种、7种、8种、9种、10种、11种、12种、13种、14种、15种、16种或17种)；
[0010](2)将所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液作为电沉积液，将催化剂载体作为工作电极，进行电化学沉积，得到催化剂前驱体；
[0011](3)对所述催化剂前驱体进行热处理还原，得到所述过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂。
[0012]本领域技术人员可以了解到，稀土元素(RE)包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪和钇共十七种元素。本专利技术的稀土金属盐中包括至少5种稀土元素。
[0013]高熵氧化物是指在单相结构中包含至少5种金属元素或非金属元素的氧化物。本专利技术中，所述高熵稀土氧化物是指在单相结构中包含至少5种稀土金属元素的氧化物。本专利技术提供了一种过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂的制备方法，具备以下优势：
[0014](1)将含有稀土金属盐的混合溶液作为电沉积液，从而在催化剂中引入组成多样的高熵稀土氧化物，可以产生多种金属
‑
氧化物界面，新增不同种类的活性位点以增强催化剂的活性，能充分利用稀土元素和过渡金属元素之间的协同作用，有效降低析氢过电位；并且，制得的催化剂中同时包含过渡金属和高熵稀土氧化物，二者可协同配合，通过构成异质结构改变催化剂的能带结构，从而可形成更多的活性位点，并且可发生一系列界面反应，不同金属组分之间具有协同催化效应，从而能够大幅度提高催化剂的电解水析氢性能；
[0015](2)通过原位电化学沉积将催化剂活性组分负载在载体表面，可增大催化剂活性组分和载体之间的结合力，在保持催化剂高载量的同时还能保证催化剂的稳定性，同时可以通过改变电沉积参数实现沉积量及催化剂尺寸的轻易调控；
[0016](3)本专利技术的制备方法具有普适性，该制备方法适用于所有的过渡金属元素和稀土元素，因此，可以任意搭配不同金属元素，也可以根据需求进行针对性设计，得到一系列的过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂；
[0017](4)本专利技术的制备过程操作简便，合成过程不涉及复杂的设备，消耗的能源较少，实验周期短，具有大规模商品化生产前景。
[0018]优选地，步骤(1)中，配制所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液的方法包括：
[0019]将过渡金属盐、稀土金属盐和溶剂混合，得到所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液。
[0020]本专利技术中，所述过渡金属盐和稀土金属盐均为可溶解的金属化合物。
[0021]本专利技术对过渡金属盐和稀土金属盐的阴离子均不作限定，包括但不限于硝酸根、醋酸根、硫酸根、氧酸根和卤素离子(例如氯离子)。
[0022]优选地，所述过渡金属盐包括铁盐、钴盐、镍盐、锰盐和铜盐中的至少一种。
[0023]优选地，所述稀土金属盐包括镨盐、钕盐、钐盐、钬盐、铒盐、铥盐、镱盐、镥盐和镝盐中的至少5种。
[0024]本专利技术中，镨盐、钕盐、钐盐、钬盐、铒盐、铥盐、镱盐、镥盐和镝盐中包含的稀土元素对电解水析氢反应过程的中间体，具有更加合适的吸附能，更有利于提升催化剂的电解水析氢性能。
[0025]优选地，以稀土元素的总摩尔量为100％计，所述稀土金属盐中每种稀土元素的摩尔含量为5～35％，例如可以是5％、7％、10％、12％、15％、20％、25％、30％或35％等。
[0026]优选地，所述稀土金属盐中，每种稀土元素的摩尔量相同。
[0027]本专利技术中，当每种稀土元素的摩尔量相同时，高熵稀土氧化物相具有最大的构型
熵。
[0028]优选地，所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液中，过渡金属盐和稀土金属盐的总浓度为0.001～5mol/L，例如可以是0.001mol/L、0.005mol/L、0.01mol/L、0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.5mol/L、0.7mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L或5mol/L等。
[0029]优选地，所述过渡金属盐与稀土金属盐的摩尔比为1:(0.1～1)，例如可以是1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.6、1:0.7、1:0.8、1:0.9或1:1等。
[0030]优选地，步骤(2)所述催化剂载体包括导电载体。
[0031]优选地，步骤(2)所述催化剂载体包括镍片、铁片、铜片、泡沫镍、泡沫铁、导电碳纸、泡沫铜和泡沫钛中的至少一种。
[0032]优选地，步骤(2)中，在使用所述催化剂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)配制过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液，其中，所述稀土金属盐中包括至少5种稀土元素；(2)将所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液作为电沉积液，将催化剂载体作为工作电极，进行电化学沉积，得到催化剂前驱体；(3)对所述催化剂前驱体进行热处理还原，得到所述过渡金属/高熵稀土氧化物异质结催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，配制所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液的方法包括：将过渡金属盐、稀土金属盐和溶剂混合，得到所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液；优选地，所述过渡金属盐包括铁盐、钴盐、镍盐、锰盐和铜盐中的至少一种；优选地，所述稀土金属盐包括镨盐、钕盐、钐盐、钬盐、铒盐、铥盐、镱盐、镥盐和镝盐中的至少5种；优选地，以稀土元素的总摩尔量为100％计，所述稀土金属盐中每种稀土元素的摩尔含量为5～35％；优选地，所述稀土金属盐中，每种稀土元素的摩尔量相同。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述过渡金属盐/稀土金属盐混合溶液中，过渡金属盐和稀土金属盐的总浓度为0.001～5mol/L；优选地，所述过渡金属盐与稀土金属盐的摩尔比为1:(0.1～1)。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述催化剂载体包括导电载体；优选地，步骤(2)所述催化剂载体包括镍片、铁片、铜片、泡沫镍、泡沫铁、导电碳纸、泡沫铜和泡沫钛中的至少一种；优选地，步骤(2)中，在使用所述催化剂载体进行电化学沉积之前，将催化剂载体置于所述电沉积液中，进行浸润；优选地，所述浸润的过程中伴有超声，所述浸润的时间为5～15min。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电化学沉积的方式包括恒电位沉积；优选地，步骤(2)所述电化学沉积的沉积电压为
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0.5～
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6V；优选地，步骤(2)所述电化学沉积的沉积时间为100～1800s。6...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭立山，黄佳宝，张心萍，杨姣，陈庆军，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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