[发明专利]一种CeO2

说明书

本发明涉及一种CeO₂基电催化产氧催化剂及其制备方法和应用。本发明通过大量实验发现通过提高CeO₂中Ce³⁺的含量可以显著提高CeO₂的活性，从而活化CeO₂。本发明制备得到的CeO₂基电催化产氧催化剂，其催化产氧性能能够媲美于传统的贵金属催化剂RuO₂，甚至具有更加高效的催化性能。本发明通过对CeO₂的活化而制得的CeO₂基电催化产氧催化剂，其制备成本更低，工艺更简便，经济效益明显，非常适用于工业化大规模生产。

技术领域

本发明属于电催化领域，涉及一种产氧的阳极反应催化剂，尤其是一种CeO₂基电催化产氧催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

社会的高速发展对于能源的消耗越来越大，传统化石燃料如石油、天然气和煤炭储量的有限性，以及在使用过程中造成的环境污染等问题迫使科研人员加大力度研究和开发可持续清洁能源。

氢能由于燃烧热值高，并且使用过程基本是零污染，成为了一种备受青睐的清洁能源。氢能的制备技术中最环保也是最有前景的便是通过可持续能源如风能和太阳能进行电解水制氢。电解水制氢过程包括产氢的阴极反应和产氧的阳极反应，由于产氧反应涉及到4电子的转移，因而需要消耗更多的能量，这也是造成电解水制氢过程能耗较高的主要原因。

现有技术中，产氧反应催化剂能否实现工业化生产主要取决于该催化剂的催化性能、稳定性以及材料成本和制备成本。目前公认比较好的产氧催化剂是贵金属氧化物RuO₂和IrO₂，但是高价格和稳定性差制约了这些催化剂的大规模使用。

氧化铈（CeO₂）中Ce³⁺与Ce⁴⁺的共存并且相互之间容易转化，使得其具有优异的氧化还原性能。同时，氧空位将伴随着Ce³⁺而形成，使得其具有较好的储氧和氧传导的能力。这些优异的性能使得其被广泛应用于包括CO氧化和NO_x的选择性催化还原在内的热催化。近年来，越来越多的研究者开始将其应用于电催化产氧反应，并且取得了不错的进展。但CeO₂的应用主要是作为整个催化剂的其中一组分而不是直接被用作产氧催化剂，单一组分CeO₂的电催化产氧性能几乎可以忽略。

因而，只有通过找到CeO₂的活化方法来提高其本征催化活性，才能使CeO₂能够单独的应用于电催化产氧，并且以活化后的CeO₂与其他产氧催化剂进行复合时，催化剂的整体性能也会得到进一步改善。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中CeO₂在电催化产氧过程中无催化活性或催化活性弱的问题，从而显著提高CeO₂的电催化活性，使之能够单独应用于电催化产氧。

为了解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案得以实现的。

本发明第一方面提供了一种CeO₂基电催化产氧催化剂，包括CeO₂，其中CeO₂进行了如下处理：将CeO₂沉积到碳布表面，再进行活化。

作为优选地，所述CeO₂的结构选自平面结构、多孔结构、纳米片、纳米线、纳米棒以及微球结构中的一种或多种。

作为优选地，所述CeO₂通过选自电镀法、水热法、共沉淀、溶胶凝胶、高温煅烧中的一种或多种方法沉积到碳布表面。

作为优选地，所述活化选自电化学处理、氢气气氛热处理、氧气气氛热处理、空气气氛等离子体处理、氮气气氛等离子处理中的一种或多种。