[发明专利]一种提高金属氧化物电催化性能的淬火改性方法及制得的金属氧化物电催化剂与应用

说明书

本发明公开了一种提高金属氧化物电催化性能的淬火改性方法及应用。该方法包括：将合成的金属氧化物前驱体置于高温下煅烧后快速拿出放到一定浓度的冰盐溶液中快速冷却。本发明提供的方法不仅可以将金属离子掺杂到金属氧化物中，还可以对金属氧化物表面进行结构改性。金属离子的掺杂，改变了催化剂中元素的价态，有利于氧的表面吸附，促进了OOH去质子化；同时，催化剂表面不同的晶体结构，具有较低的结晶度以及更多的缺陷。电化学测试表明，基于这种淬火改性方法制备的金属氧化物催化剂，具有较好的电催化性能，降低了过电势，且具有较好的催化稳定性。同时，本方法工艺较为简单，且成本低廉、适用范围广，有利于推动电催化剂的制造发展。

技术领域

本发明涉及金属催化剂的制造工艺改性领域，具体涉及一种提高金属氧化物电催化性能的淬火改性方法及制得的金属氧化物电催化剂与应用。

背景技术

对能源危机和环境污染问题的日益关注促使人们迫切寻找化石燃料的可再生能源替代品，并相应地探索高效的储能装置。在各种储能器件当中，可充电金属-空气电池是一种较为理想有前途的电化学能源存储器件（Wang S, Qin J, Meng T, et al. Metal–organic framework-induced construction of actiniae-like carbon nanotubeassembly as advanced multifunctional electrocatalysts for overall watersplitting and Zn-air batteries[J]. Nano Energy, 2017, 39: 626-638.）。然而，析氧（OER）和氧还原反应（ORR）作为金属-空气电池负极的关键反应，其效率受到多步质子耦合电子转移以及缓慢的动力学过程的阻碍（Kim J S, Kim B, Kim H, et al. Recentprogress on multimetaloxide catalysts for the oxygen evolution reaction[J].Advanced Energy Materials, 2018, 8(11): 1702774.）。因此，为了提高负极的电化学反应速率，促进金属-空气电池的发展，设计开发一种高效的电催化剂显得尤为重要。尽管诸如Ir和Ru等贵金属及其氧化物已被用作高效的电催化剂，但其高成本以及稀缺性无疑在一定程度上阻碍了其大规模的实际应用（Wu T, Sun S, Song J, et al. Iron-facilitateddynamic active-site generation on spinel CoAl₂O₄ with self-termination ofsurface reconstruction for water oxidation[J]. Nature Catalysis, 2019, 2(9):763-772.）。因此，为了取代这些稀缺的贵金属催化剂，人们投入了大量的精力来设计合成价格低廉、资源丰富且高效的电催化剂。