[发明专利]一种高效析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种高效的析氧催化剂的制备方法，该方法能显著降低析氧催化剂的原料成本、生产投入，并能简化生产工艺流程，所制得的析氧催化剂催化效率高，具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于析氧催化剂的合成领域，具体涉及一种高效析氧催化剂的制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，对于能源的需求量越来越大。2017年SCIENCE数据显示，其将由2015年的12000百万吨石油当量上升到2040年的40000百万吨石油当量。但是，石油、天然气等不可再生能源数量有限，开采难度越来越大，成本越来越高。进而，对于可再生能源的需求日益提升。但是，风能、潮汐能、太阳能、水能等可再生能源来源不稳定，能量密度低，受外界因素影响剧烈，同时运输困难。因此，急需一种二次能源作为中介体。其中，氢能引起了人们的注意，其能量密度高，是石油的三倍；来源广泛，基于普遍存在的水即可获取；质量轻，易于运输；产物为水，干净无污染。故是一种极为高效，完美的二次能源。

氢气的制造方式有很多，主要分为三类：化石燃料制氢，生物质为原料制氢，水分解制氢。其中，水分解制氢，来源广泛，干净无污染，具有极为优越的发展前景。而直接利用电解水制氢，快速使用依靠可再生能源获得的电能，简单方便，易于大规模推广。但其中由于激活电极等种种原因，存在过高的过电势，尤其是在析氧半反应过程中，其需要四个电子，步骤多，方法复杂，严重阻碍了氢气的获得。因此需要我们使用催化剂，降低反应能，减少能源损耗。依据理论及实验，自然界最佳的催化剂为贵金属，如铂，氧化钇，氧化铷等，其储量极少，用途广泛，价格较高，难以适应大规模工业发展的要求。因此发展一种成本低而高效的析氧催化剂，适应社会的发展，具有极为重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效的析氧催化剂的制备方法，该方法能显著降低析氧催化剂的原料成本、生产投入，并能简化生产工艺流程。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高效的析氧催化剂的制备方法，包含以下步骤：

（1）清洗泡沫金属 取工业级泡沫金属作为基底，先后在有机溶剂和酸中进行超声，超声结束后，先后使用乙醇、去离子水进行冲洗，然后用惰性气体吹干，去除表面的杂质及氧化物层；所述的泡沫金属选自泡沫金属镍、泡沫金属镍铁、泡沫金属镍钴等包含镍元素的泡沫金属中的一种；

（2）制备纳米片 将步骤（1）处理后的泡沫金属放入聚四氟乙烯为内衬的反应釜中，加入所述反应釜容积30～80%的去离子水，使所述去离子水没过泡沫金属，密封，在100～200℃的条件下保温180～540min，保温过后使其自然冷却，形成原位生长的纳米微观结构的氢氧化镍纳米片；

（3）制备催化剂 将步骤（2）处理后的氢氧化镍纳米片清洗并干燥，放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加入所述反应釜容积30～80%的醇，使所述醇没过氢氧化镍纳米片，加入铁盐均匀搅拌，配置成Fe²⁺离子浓度为5～10mmol/mL的铁盐醇溶液，密封，在180～260℃的条件下保温600～1200min，保温过后使其自然冷却，取出清洗并在室温条件下干燥，得到高效析氧催化剂。

优选地，步骤（1）中所述泡沫金属为泡沫金属镍。

本发明的原理是：清洗后的含镍元素的泡沫金属与去离子水在高温高压的条件下反应，利用镍元素对水中氢氧根的吸附性，生成氢氧化镍纳米片，经步骤（2）处理得到的氢氧化镍纳米片表面具有较好的空隙，增大了比表面积，为Fe的沉积提供了良好的位点；随后将Fe²⁺离子通过高温高压的阳离子交换与沉积法，掺杂在氢氧化镍纳米片中，随后在纳米片上沉积，紧密结合。利用Fe²⁺离子在析氧反应过程中被氧化，生成FeOOH活性催化剂。同时，在电子传输的过程中，镍离子与铁离子存在电子交换，促进催化活性的增强。

所述的有机溶剂选自酮、氯仿、以及烷基类有机溶剂，优选地，所述的有机溶剂为丙酮。