一种高温碱性环境稳定的钴锰氧化物催化剂-无孔阴离子交换膜复合体系制造技术

本发明专利技术涉及涉及碱性电解水制氢相关领域，具体涉及一种高温碱性环境稳定的钴锰氧化物催化剂‑无孔阴离子交换膜复合体系，包括钴锰氧化物纳米片和季铵化聚芳醚腈无孔膜，所述钴锰氧化物的金属摩尔比Co:Mn为1:1‑3:1，经酸蚀刻后氧空位浓度为0.2‑0.5mmol/g，比表面积120‑180m2/g；所述无孔膜的季铵化度为70％‑90％，80℃下电导率≥100mS/cm，10MKOH中溶胀率<5％。复合体系中钴锰氧化物经酸蚀刻后形成的氧空位(0.2‑0.5mmol/g)和高比表面积(120‑180m2/g)，显著增加了催化活性位点数量，优化了电子结构(如Co3+比例提升)，使OER过电位在10mA/cm2下低至210‑230mV，Tafel斜率≤38mV/dec，电荷转移电阻≤20Ω，远优于未蚀刻催化剂及传统体系，加速了电解水析氧反应速率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碱性电解水制氢，具体为一种在高温强碱环境下具有优异稳定性和催化活性的钴锰氧化物催化剂与无孔阴离子交换膜(aem)的复合体系及其制备方法。

技术介绍

1、碱性电解水技术是实现"双碳"目标的关键绿氢制备技术，其核心瓶颈在于催化剂与阴离子交换膜的高温碱性稳定性。钴锰氧化物(comnox)因兼具高oer活性和低成本优势被广泛研究。

2、但在高温强碱环境下(如80℃、5mkoh)易发生晶格氧流失和金属溶出(co2+溶出速率达0.15μg/(cm2·h))；且本征导电性不足(电导率<0.5s/cm)导致电荷转移阻力大。传统阴离子交换膜(如季铵化聚砜膜)在80℃下溶胀率超过15％，膜电阻升高至20ω·cm2，且与催化剂界面结合力弱(<2mpa)，导致复合体系稳定性差。现有技术中催化剂与膜的复合多采用物理涂覆法，如将comnox颗粒直接涂布于膜表面，虽短期活性提升但长期运行时界面脱落严重(100小时脱落率>30％)。中国专利cn112375489a公开了一种comn-ldh与aem的复合膜，但其在60℃、3mkoh中运行500小本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种钴锰氧化物催化剂-无孔阴离子交换膜复合体系，其特征在于：包括钴锰氧化物纳米片和季铵化聚芳醚腈无孔膜，所述钴锰氧化物的金属摩尔比Co:Mn为1:1-3:1，经酸蚀刻后氧空位浓度为0.2-0.5mmol/g，比表面积120-180m2/g；所述无孔膜的季铵化度为70％-90％，80℃下电导率≥100mS/cm，10MKOH中溶胀率<5％。

2.根据权利要求1所述的复合体系，其特征在于：所述钴锰氧化物与无孔膜通过原位聚合形成共价键合界面，界面结合强度>5MPa，键合方式为催化剂表面羟基与膜链段环氧基团形成的-C-O-C-共价键。

3.根据权利要求1所...

【技术特征摘要】

1.一种钴锰氧化物催化剂-无孔阴离子交换膜复合体系，其特征在于：包括钴锰氧化物纳米片和季铵化聚芳醚腈无孔膜，所述钴锰氧化物的金属摩尔比co:mn为1:1-3:1，经酸蚀刻后氧空位浓度为0.2-0.5mmol/g，比表面积120-180m2/g；所述无孔膜的季铵化度为70％-90％，80℃下电导率≥100ms/cm，10mkoh中溶胀率<5％。

2.根据权利要求1所述的复合体系，其特征在于：所述钴锰氧化物与无孔膜通过原位聚合形成共价键合界面，界面结合强度>5mpa，键合方式为催化剂表面羟基与膜链段环氧基团形成的-c-o-c-共价键。

3.根据权利要求1所述的复合体系，其特征在于：在1mkoh电解液中，析氧反应(oer)在10ma/cm2电流密度下的过电位≤230mv，tafel斜率≤38mv/dec，电荷转移电阻≤20ω。

4.根据权利要求1所述的复合体系，其特征在于：所述钴锰氧化物的制备包括溶胶-凝胶法合成和酸蚀刻步骤，所述酸蚀刻采用0.1-0.5m的三氟甲磺酸溶液，蚀刻温度50-70℃，时间1-3小时。

5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘珊珊，路川，吕品，王飞，
申请(专利权)人：北京亿能氢源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：