[发明专利]一种显著提高RuO2

说明书

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种显著提高RuO₂酸性中OER催化性能的电化学嵌锂改性方法。本发明通过电化学方法成功嵌入到RuO₂晶格中并形成固溶体相(Li_xRuO₂)。OER电催化测试结果表明，RuO₂的OER性能通过锂嵌入后得到显着提升，特别是，Li_0.52RuO₂在0.5M H₂SO₄电解液中电流密度达到10mA cm^‑2具有156mV的超低过电位，并在1.27V恒定电位下保持电流密度为10mA cm^‑2至少在70h不发生明显的衰减。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种显著提高RuO₂酸性中OER催化性能的电化学嵌锂改性方法。

背景技术

在过去的几十年里，为了满足不断增长的能源需求，研究人员努力采取各种策略来开发具有高热值和无污染的有前途的可再生能源。毋庸置疑，质子交换膜(PEM)电解水因其灵敏的系统响应、优越的电流密度和微不足道的气体交换率而受到广泛关注。为实现能源可持续发展，氢、高热值、低污染，是最理想的产物通过电化学实现电化学水分解过程包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。对于PEM电解槽，化学能转化效率转化为电能主要受到缓慢的阳极析氧反应(OER)的限制，该反应经历了一个能量要求很高的四电子转移过程。更不幸的是，阳极OER电催化剂在酸性电解质中表现出不稳定性，从而限制了PEM电解槽的商业应用。在这种情况下，致力于设计和合成适用于酸性介质的有效且稳定的阳极OER电催化剂是当前的研究问题。在众多类型的OER电催化剂中，4d和 5d贵金属的氧化物由于与3d类似物相比，自旋轨道耦合而与非常相关的电子相关联的固态特殊现象已成为研究重点。当然，金红石结构的IrO_x/RuO_x基材料已经成为这种热带研究的一部分。而氧化钌(RuO_x)和氧化铱(IrO_x)一直被认为是酸性电解质中缺乏高活性OER电催化剂。然而，IrO_x电催化剂在酸性电解质中具有相当低的固有OER活性，并且比RuO_x更昂贵。实际上，需要通过用合适的客体分子嵌入RuO_x来调节其电子结构，以提高OER活性。此外，用更便宜的客体分子嵌入在成本方面也是有利的。这些催化剂中的大多数是化学不稳定的，并且在OER的高腐蚀性和氧化性工作条件下容易发生腐蚀/分解，因此也需要确保优秀的稳定性。

制氢提供了一种以化学键的形式储存风能和太阳能发电的方法。氢燃料电池可为车辆和固定设备提供动力；氢可以替代碳或二氧化碳，以减少化学和制造过程中的全球二氧化碳排放。