[发明专利]包括锗酸钴锂的水氧化催化剂

说明书

本发明涉及包括锗酸钴锂的水氧化催化剂。具体地，本公开提供了用于催化水的氧化以产生氢离子和氧的方法或工艺、装置和/或组合物。该催化剂包括锗酸钴锂。

技术领域

本发明涉及用于电化学水氧化和析氧的催化剂。

背景技术

一直认为氢是一种理想的燃料源，因为其提供了作为化石燃料清洁、无污染的替代物。氢的一种来源是将水分解为氢(H₂)和氧(O₂)，如式(1)中所示：

(1)2H₂O→O₂+2H₂

在电化学半电池中，该水分解反应包括两个半反应：

(2)2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-

(3)2H⁺+2e^-→H₂

并且使用阳光由水制备的氢有望提供一种充足的、可再生的、清洁的能源。尽管还原质子以形成氢是相对容易并且有效的反应，但是析氧反应需要高得多的驱动力以克服与该反应相关的活化能垒，因为该反应包括多个质子耦合电子的转移过程。因此，为了寻找可由水产生氧和氢离子的有效水氧化和析氧反应(OER)催化剂做出了努力。特别地，先前已经鉴定了钌和铱的氧化物。然而，因为它们处于地球上最稀有的元素当中，大规模地使用这些催化剂是不现实的。因此，需要改进的水氧化和OER催化剂。

发明内容

在一个方面，这里公开了一种将水分解为氧和氢离子的水氧化催化剂，该催化剂包括锗酸钴锂。

在另一个方面，这里公开了一种将水分解为氧和氢离子的析氧催化剂，该催化剂包括锗酸钴锂。

在又一个方面，这里公开了一种用于将水电化学水氧化分解为氧和氢离子的电极，该电极包括基材以及与该基材接触的活性材料。该活性材料包括锗酸钴锂。

在另一个方面，这里公开了一种用于氧化水的方法，包括步骤：提供包括锗酸钴锂的电极；提供水和支持电解质；以及将水和支持电解质置于与锗酸钴锂接触，用施加的氧化过电势催化水氧化为氧和氢离子。

在又一个方面，这里公开了一种用于形成水氧化催化剂的方法，包括步骤：提供LiOH；提供GeO₂；组合LiOH和GeO₂，从而形成第一溶液；提供在溶剂中的CoCl₂；组合该第一溶液和在溶剂中的CoCl₂，从而形成第二溶液；将该第二溶液暴露于水热反应，从而形成Li₂CoGeO₄。

附图说明

图1是用于Li₂CoGeO₄合成的热弹形高压容器(bomb)反应器的图形描述；

图2是晶态Li₂CoGeO₄纳米颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图3是Li₂CoGeO₄的X射线衍射图；

图4是Li₂CoGeO₄的EDX图；

图5是详述Li₂CoGeO₄的ICP数据的图表；

图6是用于测试Li₂CoGeO₄的电化学试验装置的图形描述；