【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及能源材料，具体涉及一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法、过渡金属碳酸盐催化剂及其应用。
技术介绍
1、化石能源过度使用造成资源短缺，环境污染，全球气候变暖。我们迫切需要寻找绿色环保的可再生能源。如氢能、太阳能、风能等。其中，氢能是最理想的清洁能源。氢能的来源十分广泛，如天然气制氢、煤制氢和电解水制氢，天然气制氢和煤制氢主要依赖化石能源。电解水制氢具有能量转换效率高、制氢纯度高、设备简单、环境友好等优点，成为目前的研究热点。电解水主要有两个过程：析氧反应和析氢反应，析氧反应过程较高的过电位是导致电化学水分解效率缓慢的主要原因。为了促进析氧反应的发生，需要在阳极上引入催化剂，一些贵金属催化剂具有较低的过电位，被认为是最好的析氧反应催化剂。然而，贵金属催化剂储量低、成本高、稳定性较差等问题严重阻碍了其大规模应用，迫切的需要开发成本低廉、稳定高效的非贵金属催化剂。如过渡金属碳酸盐、过渡金属氢氧化物、硫化物、磷化物、碳化物等。过渡金属碳酸盐来源丰富、耐腐蚀性强，具有较好的电化学性能而备受关注，但过渡双金属碳酸盐的导电性差和固有的低活性严重阻碍了工业电解条件下电催化性能的进一步发展。为了提高析氧反应的催化活性，降低生产成本，合成的催化剂需要有以下特征：
2、(1)合成方法简单，原子利用率高、成本低廉，安全环保；(2)催化剂的表面积应尽量大，缺陷尽量多，以暴露更多的活性位点，增强其催化活性。但是，目前报道的催化剂大多无法兼顾以上两点，这极大限制了电催化水分解工业化的应用。
技
1、为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法、过渡金属碳酸盐催化剂及其应用。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将尿素与醇按一定的比例混合后，搅拌，得到二元低共熔溶剂；
4、s2、将过渡金属盐加入步骤s1中制备好的二元低共熔溶剂中，继续搅拌一段时间后，得到三元低共熔溶剂；
5、s3、将步骤s2得到的三元低共熔溶剂反应一段时间后，使用去离子水洗涤，真空干燥，得到过渡金属碳酸盐催化剂。
6、进一步地，步骤s1中所述醇为甲醇、乙醇、乙二醇、聚乙二醇和丙三醇中的至少一种。
7、进一步地，步骤s1中所述尿素与醇的摩尔比为1：0.5-3。
8、进一步地，步骤s1中搅拌条件为在50-90℃水浴中搅拌0.5h-3h。
9、进一步地，步骤s2中所述过渡金属盐中的过渡金属为铁、钴和锰中的一种，所述过渡金属盐为过渡金属硝酸盐、过渡金属乙酸盐和过渡金属氯化盐中的一种。
10、进一步地，步骤s3中三元低共熔溶剂反应条件为在140-200℃溶剂热反应4-16h。
11、进一步地，步骤s3中真空干燥的温度为40-80℃，干燥时间为6-24h。
12、本专利技术公开了一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂，所述过渡金属碳酸盐催化剂采用基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法制得。
13、本专利技术还公开了一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的应用，电催化水分解时，所述催化剂提高析氧反应的催化活性；所述催化剂为基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法制得的催化剂或基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂。
14、本专利技术所达到的有益效果为：
15、1、本专利技术利用尿素的两种性质，既可作氢键受体又可作氢键供体，利用它氢键受体的性质与醇类结合形成二元的低共熔溶剂体系，再利用它氢键供体的性质与过渡金属结合，形成三元的低共熔体系，形成的低共熔溶剂既可以作反应物，又可以做结构导向剂，制备具有二维纳米片结构的过渡金属碳酸盐催化剂。低共熔溶剂会通过反应的方式将金属进行分散锚定，形成超分子结构，这种超分子结构，在溶剂热的过程中会紧紧锚定分散金属，不易形成团聚，促进成核过程；而一般方式，比如水作溶剂，仅仅起到溶剂的作用，通过离子扩散的方式进行金属的分散。
16、2、本专利技术制备得到的过渡金属碳酸盐催化剂具有优异的电催化析氧性能，用于催化电解水析氧、锌空电池的析氧反应，活性高，实验证明在电流密度10ma/cm2时，其所需的过电位较低；并且实验证明本专利技术制备的催化剂具有极好的稳定性。
17、3、本专利技术中低共熔溶剂通过与过渡金属原子间的强螯合作用达到高分散的效果；低共熔溶剂的蒸气压较低，在高温高压下不易发生危险；低共熔溶剂还可作为反应物直接参与合成催化剂，实现反应物、溶剂、结构导向剂“一体化”的效果，以达到较高的原子利用率，符合绿色化学的原子经济学说。
18、4、本专利技术的制备方法简单，原子利用率高、成本低廉，安全环保，与传统的低共熔溶剂制备催化剂的方法相比，低共熔溶剂体系会对催化剂的形貌起到调控作用，随着醇羟基的增加，形貌由块状结构变为片状结构，使得催化剂催化析氧能力更强，稳定性更好，且本专利技术制备催化剂的产率更高，产率在20％以上，可宏量制备。
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1.一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述醇为甲醇、乙醇、乙二醇、聚乙二醇和丙三醇中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述尿素与醇的摩尔比为1：0.5-3。
4.根据权利要求3所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中搅拌条件为在50-90℃水浴中搅拌0.5h-3h。
5.根据权利要求1所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述过渡金属盐中的过渡金属为铁、钴和锰中的一种，所述过渡金属盐为过渡金属硝酸盐、过渡金属乙酸盐和过渡金属氯化盐中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中三元低共熔溶剂反应条件为在140-200℃溶剂热反应4-16h。
7.
8.一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂，其特征在于，所述过渡金属碳酸盐催化剂采用权利要求1-7任意一项所述的基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法制得。
9.一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的应用，其特征在于，电催化水分解时，所述催化剂提高析氧反应的催化活性；所述催化剂为权利要求1-7任意一项所述的基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法制得的催化剂或权利要求8所述的基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述醇为甲醇、乙醇、乙二醇、聚乙二醇和丙三醇中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述尿素与醇的摩尔比为1：0.5-3。
4.根据权利要求3所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中搅拌条件为在50-90℃水浴中搅拌0.5h-3h。
5.根据权利要求1所述的一种基于低共熔溶剂的过渡金属碳酸盐催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述过渡金属盐中的过渡金属为铁、钴和锰中的一种，所述过渡金属盐为过渡金属硝酸盐、过渡金属乙酸盐和过渡金属氯化盐中的一种。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵青山，刘亚超，谭晓杰，李旭东，王瑞，韩璇，吴明铂，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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