【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解水催化材料，尤其涉及一种低成本酸性介质析氧催化剂及其合成方法。
技术介绍
1、随着间歇性可再生能源发电市场的不断增长，能源储存变得越来越重要。通过水电解制氢是一种有效的能源储存解决方案。质子交换膜水电解槽(pemwe)具有高电流密度、高能量转化效率、低气体透过性、小质量-体积特性和快速动态响应，使其成为利用清洁能源生产氢气最有前景的设备。然而，在pemwe中，恶劣的腐蚀条件和高阳极过电位要求电极材料具有高活性和耐久性。
2、作为水分解的半反应，析氧反应(oer)由于其缓慢的动力学而成为主要瓶颈，而目前的oer催化剂通常在酸性条件下迅速降解，而且成本较高。目前，商业化的质子交换膜电解槽使用铱基氧化物作为水电解的催化剂，因为它们具有良好的活性和稳定性。然而，铱金属稀缺且昂贵，这限制了质子交换膜电解槽的大规模商业应用。因此，在酸性介质中设计成本低且高效稳定的电催化剂被认为是改进质子交换膜(pem)电解槽广泛应用的必要策略。美国能源部已经设定了到2050年质子交换膜水电解槽(pemwe)的稳定性目标为80,000小时，然而现有催化剂的稳定性明显较低。
3、在许多电化学反应中，尤其是在水分解中，氧析出反应(oer)是关键步骤，但也是电阻性最大的步骤。iro2和ruo2是已知的最有效的oer催化剂，但由于这些材料的稀缺性和高成本，大规模应用受到了限制。
4、现有技术的问题：
5、1)高成本和稀缺：iro2和ruo2都是贵金属，且资源稀缺，大规模使用不现实。
6、2
7、3)效率问题：尽管iro2和ruo2的活性高，但它们的电催化效率仍有待提高。
8、综上所述，现有的oer催化剂在成本、稳定性和效率方面都存在一定的问题，这限制了其在能源转换和存储系统中的应用。因此，开发一种低成本、高稳定性和高效的新型oer催化剂是迫切需要的。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种低成本酸性介质析氧催化剂及其合成方法。
2、本专利技术是这样实现的，利用水热法一步制备了co2mn1-xruxo4(0<x<1)酸性介质析氧催化剂，其具有活性高成本低的优势。
3、进一步，co2mn1-xruxo4(0<x<1)的钴金属源为无水醋酸钴，醋酸钴水合物，无水氯化钴，氯化钴水合物，无水硝酸钴，硝酸钴水合物，无水硫酸钴，以及硫酸钴水合物中的一种或多种；锰金属源为无水硝酸锰，水合硝酸锰，无水氯化锰，水合氯化锰，无水硫酸锰，水合硫酸锰，无水醋酸锰，以及水合醋酸锰中的一种或多种；钌金属源为无水醋酸钌，水合醋酸钌，水合氯化钌，硫酸钌中的一种或多种；以及沉淀剂氨水溶液，nh4oh。
4、进一步，所有的化学试剂均为分析纯级别。
5、进一步，优化后的co2mn1-xruxo4(0<x<1)催化剂在0.5m h2so4中的oer过电位为85毫伏(10ma/cm2)。
6、本专利技术的另一目的在于提供一种低成本酸性介质析氧催化剂的合成方法，包含以下步骤：
7、选择钴金属源，所述钴金属源选自无水醋酸钴、醋酸钴水合物、无水氯化钴、氯化钴水合物、无水硝酸钴、硝酸钴水合物、无水硫酸钴、硫酸钴水合物中的一种或多种；
8、选择锰金属源，所述锰金属源选自无水硝酸锰、水合硝酸锰、无水氯化锰、水合氯化锰、无水硫酸锰、水合硫酸锰、无水醋酸锰、水合醋酸锰中的一种或多种；
9、选择钌金属源，所述钌金属源选自无水醋酸钌、水合醋酸钌、水合氯化钌、硫酸钌中的一种或多种；
10、混合所述钴金属源、锰金属源和钌金属源，并将其溶解在适当的溶剂中；
11、加入沉淀剂，所述沉淀剂为氨水溶液(nh4oh)，以使所述混合物形成化合物。
12、进一步，包括以下步骤：
13、步骤一，准确称取原料并将原料混合；
14、步骤二，将混合物装入一个100毫升的聚四氟乙烯衬里高压反应釜；
15、步骤三，经过1小时的磁搅拌后，高压反应釜密封并在120～200摄氏度下保持2～72小时，然后冷却至室温；
16、步骤四，产物通过离心收集，用无水乙醇和蒸馏水多次洗涤，最后在室温下干燥。
17、进一步，原料为0.1m的c4h14coo8、0.2m的mnn2o6.4h2o、0.3m的cl3h6o3ru和0.1m的nh4oh。
18、本专利技术的另一目的在于提供一种低成本酸性介质析氧催化剂在水分解领域的应用。
19、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
20、第一，本专利技术提供了一种高效稳定的oer电催化剂co2mn1-xruxo4(0<x<1)，催化剂可用作水分解过程中的oer催化剂，能够实现完全的电催化水分解反应。co2mn1-xruxo4(0<x<1)的xrd图谱表明合成了四方晶系结构，催化剂为纳米颗粒，尺寸均匀，分散性好。催化剂有助于电子的定向传输。
21、本专利技术的催化剂制备过程简单，条件温和，具有较强的可重复性，且在酸性条件下具有良好的催化性能；在酸性条件下的水分解领域具有广泛的应用。
22、第二，在各种材料中，xmn2o4(x＝co，mn，cu，ni等)是其中最有效的混合过渡金属氧化物之一，其中一个金属离子是锰，具有低成本、高丰度、低毒性和多价性。基于锰的材料在电化学催化中有许多应用。在所有锰酸盐(xmn2o4)中，钴(co)和锰基氧化物(coxmn3-xo4)作为电化学能源应用中有前景的电极材料进行了广泛研究。co和mn与ru的复杂化学组成有助于电子结构的优化，从而产生了异常高的电化学活性，相对于其他电极催化剂。它还将增强在酸性环境中的耐受性(产生电子亏缺表面)能力，由于掺杂其他金属，如ru，增强了催化活性、低电阻、宽电化学窗口(在高电压下操作)。
23、oer活性：oer电催化剂co2mn1-xruxo4(0<x<1)是一种全新的钌基催化剂，适用于酸性环境中的水分解。这种催化剂的活性很好，因为锰和钌增强了co2mn1-xruxo4(0<x<1)对oer的活性，它还具有良好的电导率和高的电催化性能。
24、低成本材料：oer电催化剂co2mn1-xruxo4(0<x<1)保持有竞争力的低成本优势，因为钌明显便宜于铱(ir),co和mn的加入可以进一步降低成本。
25、第三，本专利技术使用co2mn1-xruxo4(0<x<1)作为酸性介质析氧催化剂(oer)的研究带来以下几个方面的显著技术进步：
26、1)高活性与低过电位：co2mn1-xruxo4(0<x<1)催化剂在oer反应中表现出较高的活性，表现本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低成本酸性介质析氧催化剂的合成方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的低成本酸性介质析氧催化剂的合成方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.一种权利要求1至2任一项低成本酸性介质析氧催化剂的合成方法制备低成本酸性介质析氧催化剂，其特征在于，所述低成本酸性介质析氧催化剂为OER电催化剂Co2Mn1-xRuxO4，0<x<1。
4.如权利要求3所述的低成本酸性介质析氧催化剂，其特征在于，Co2Mn1-xRuxO4中的钴金属源为无水醋酸钴，醋酸钴水合物，无水氯化钴，氯化钴水合物，无水硝酸钴，硝酸钴水合物，无水硫酸钴，以及硫酸钴水合物中的一种或多种；锰金属源为无水硝酸锰，水合硝酸锰，无水氯化锰，水合氯化锰，无水硫酸锰，水合硫酸锰，无水醋酸锰，以及水合醋酸锰中的一种或多种；钌金属源为无水醋酸钌，水合醋酸钌，水合氯化钌，硫酸钌中的一种或多种；以及沉淀剂氨水溶液，NH4OH。
5.如权利要求3所述的低成本酸性介质析氧催化剂，其特征在于，所有的化学试剂均为分析纯级别。
6.如权利要求3所述的低成本酸性
7.如权利要求3～6任一项所述的低成本酸性介质析氧催化剂在水分解领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种低成本酸性介质析氧催化剂的合成方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的低成本酸性介质析氧催化剂的合成方法，其特征在于，还包括以下步骤：
3.一种权利要求1至2任一项低成本酸性介质析氧催化剂的合成方法制备低成本酸性介质析氧催化剂，其特征在于，所述低成本酸性介质析氧催化剂为oer电催化剂co2mn1-xruxo4，0<x<1。
4.如权利要求3所述的低成本酸性介质析氧催化剂，其特征在于，co2mn1-xruxo4中的钴金属源为无水醋酸钴，醋酸钴水合物，无水氯化钴，氯化钴水合物，无水硝酸钴，硝酸钴水合物，无水硫酸钴，以及硫酸钴水合物中...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕维强，穆罕默德·萨伊德，梅宗维，牛英华，唐梦军，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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