公布日：2024.06.11
申請日：2022.12.09
分類號：C25B11/091(2021.01)I;C25B1/04(2021.01)I;C25B9/00(2021.01)I
摘要
本發明公開一種電解水催化析氧的催化劑和工作電極的制備方法及裝置。所述催化劑為釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料。并采用該催化劑制備工作電極。所述釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料中的金屬釔的氧化物的納米直徑在1-5nm。負載的釔（Y）金屬氧化物納米粒子更小，提供了更多的催化活性位點，大大提高OER性能。
權利要求書
1.一種電解水催化析氧的催化劑的制備方法，包括以下步驟：(a)在真空度為200-500Pa，溫度為295-305℃的條件下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔通過蒸發負載于權利要求1或2所述方法制備的鈦-鉬雙金屬有機材料粉末；(b)步驟(a)產物在700-1200℃下煅燒3-5h，得到釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料中的金屬釔的氧化物的納米直徑在1-5nm。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的制備方法，包括以下步驟：含有1,3-金剛烷二羧酸、異丙醇和DMF的混合溶液和鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬的水溶液混合1～2h，獲得前驅體溶液；在130-160℃的溫度下采用溶劑熱反應48-72h，得到沉淀，洗滌，干燥。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬、1,3-金剛烷二羧酸的質量比為0.850～0.880：0.385～0.395：0.450～0.550g。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔與鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的質量比為5-10：20-50。
6.一種電解水催化析氧的工作電極的制備方法，包括以下步驟：(1)權利要求1-5任一項所述的電解水催化析氧催化劑溶解于N,N-二甲基甲酰胺和水溶液中，滴加至玻碳電極上，晾干；(2)將Nafion溶液和異丙醇溶液滴加至步驟(1)所得電極上，晾干。
7.根據權利要求6所述的方法制備的電解水催化析氧的工作電極。
8.一種電解水催化析氧裝置，包括以下組件：權利要求7所述的電解水催化析氧的工作電極、甘汞電極做參比電極、Pt絲做輔助電極，KOH溶液作為電解液。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述KOH溶液的濃度在1-3molL-1。
發明內容
本發明的目的是克服上述的技術的不足之處，提供了一種OER催化劑和工作電極的制備方法，用來解決現有金屬負載納米粒子團聚、粒子直徑較大、負載困難的技術難題。還提供了OER裝置。
為達到以上發明的目的，本發明采用以下技術方案：
一種鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的制備方法，包括以下步驟：含有1,3-金剛烷二羧酸、異丙醇和DMF的混合溶液和鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬的水溶液混合1～2h，獲得前驅體溶液；在130-160℃的溫度下采用溶劑熱反應48-72h，得到沉淀，洗滌，干燥。
作為優選的方案，本發明所述鈦酸四丁酯、五水硝酸鉬、1,3-金剛烷二羧酸的質量比為0.850～0.880：0.385～0.395：0.450～0.550g。
作為優選的方案，本發明所述溶劑熱采用異丙醇、DMF、水中的一種或多種做溶劑。
作為優選的方案，本發明所述洗滌包括以下步驟：用DMF洗滌，然后用異丙醇洗滌。
作為優選的方案，本發明所述干燥包括以下步驟：60-100℃溫度下干燥24h-48h。
一種釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(a)在真空度為200-500Pa，溫度為295-305℃的條件下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔通過蒸發負載于鈦-鉬雙金屬有機材料粉末；
(b)步驟(a)產物在700-1200℃下煅燒3-5h。
本發明所述的釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料的制備方法中，所述三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔與鈦-鉬雙金屬有機材料粉末的質量比為5-10：20-50。
作為優選的方案，本發明所述的釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料的制備方法中，所述蒸發負載的時間為3-10h。
本發明所述釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料中的金屬釔的氧化物的納米直徑在1-5nm。負載的釔(Y)金屬氧化物納米粒子更小，大大提高OER性能。
1,3金剛烷二羧酸由于其結構特殊相比對苯二甲酸更加能使Ti和Mo雙金屬有機有機復合材料孔道支撐更穩定，高溫穩定不易塌陷，由于Ti和Mo雙金屬有機有機復合材料的比表面積較大，它在催化性能上面有著獨特的優勢。
一種電解水催化析氧(OER)工作電極的制備方法，包括以下步驟：
(1)釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料溶解于N,N-二甲基甲酰胺和水溶液中，滴加至玻碳電極上，晾干；
(2)取Nafion溶液和異丙醇溶液滴加至步驟(1)所得電極上，晾干。
優選的，本發明所述玻碳電極的直徑為3mm。
作為優選的方案，本發明所述步驟(1)中，5-10mg釔負載鈦-鉬雙金屬有機復合材料、300ul-500ul的N,N-二甲基甲酰胺和400ul-700ul的水制成混合溶液；取3-10ul滴加至直徑為3mm的玻碳電極上。
本發明所述的Nafion溶液和異丙醇的體積比為2：8-10。
作為優選的方案，本發明所述步驟(2)中，0.3-5ul，優選0.5-3ulNafion溶液和異丙醇溶液滴加至步驟(1)所得電極上。
Nafion溶液一種電解水催化析氧(OER)的裝置，包括以下組件：本發明所述的電解水催化析氧(OER)工作電極、甘汞電極做參比電極、Pt絲做輔助電極，KOH溶液作為電解液。
本發明所述KOH溶液的濃度在1-3molL-1。
本發明電解水催化劑金屬釔氧化物的納米粒子都在5nm以下，950℃Y-C-N/MO3TiO2金屬釔氧化物的納米粒子最小達到了2nm，電解水催化析氧性能更加優異，其析氧的起始電位更低1.41V，電化學活性的比表面積更大達到了885uFcm-2，Tafel斜率最小43mV/dec，此發明提高了電解水的催化效率，使得電解水經濟成本更加的低廉。
（發明人：康宏濤;潘光政;李衛飛）
