【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属氧化物纳米颗粒异质结电催化剂的制备方法，属于能源转化、电催化剂相关。
技术介绍
1、氢气（h2）具有高热值（281 kj mol-1）和零碳排放的特点，被认为是最清洁的能源之一，也是替代化石燃料并解决全球能源和环境污染问题的首选。世界各地的科研人员都致力于研究各种与氢能开发与转化相关的技术。
2、相比于传统的化工原料制氢和水煤气制氢，利用可再生能源电解水制备高纯度氢气是一种更加环保和更具发展潜力的制氢技术。电解水反应包括阴极的析氢反应和阳极的析氧反应，两个反应的效率共同决定着电解水的效率。其中，电催化剂起着极为重要的作用。高性能的电催化剂可以降低水分解活化能，促进电极反应的动力学，从而使电解水更节能和具有经济效益，在电解水工业中具有更高的实际应用价值。
3、通常情况下，her催化剂在酸性条件中表现出良好的催化活性，而在碱性条件中的性能则较差。相反，在oer过程中催化剂在碱性条件下的催化活性更加优异，在酸性条件下则容易溶解失效。这就使催化剂在酸性或碱性电解液中同时发生her和oer十分困难。此外，高腐蚀性的酸碱电解液不仅对环境有很大的污染，而且对电解池隔膜的稳定性要求也很高。相比之下，在中性条件下的电解水反应更适于未来的工业发展。然而，对中性条件下电解水催化剂的研究却很少。因此，开发廉价、高效的电催化剂用于中性条件下的电解水反应，满足制氢技术在工业生产中的应用，具有十分重要的意义。
4、为此，人们做了大量的研究，并设计了很多策略，但是仍然存在很多问题：（1）电极制备主要是由
5、为了解决这一问题，研究者对自支撑电极进行了大量研究，在碳布或泡沫镍表面直接生长活性材料，这在一定程度上提高了电流密度。但是，在二次生长过程中活性物质和基体之间的结合力仍然较弱，不足以在大电流密度下长时间运行，而且非活性的基体材料极大地降低了电极的质量比活性。此外，此类催化剂的制备主要是通过水热法或溶剂热法，难以实现大规模生产。
6、由上述分析可知，能找到一种高效易操作的方法制备出兼具高催化活性、高稳定性的自支撑电极材料，有望实现电解水反应在大电流密度下长时间运行，促进中性电解水工业的发展。
技术实现思路
1、鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的在于开发一种三维多孔金属氧化物异质结电催化剂的制备方法。该方法所制备的电催化剂是由许多纳米颗粒组成的，并呈三维多孔网络结构。其中，三维多孔网络有很多大孔和介孔，大孔孔径在0.1～10μm，大孔孔壁上分布有2～50nm的介孔；纳米颗粒的尺寸为5～200nm。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用技术方案如下：
3、一种三维多孔金属氧化物异质结电催化剂的制备方法，包括下列步骤：
4、(1)三维多孔碳模板前驱体溶液的配制：
5、将盐、碳源和氮源溶于水，得到前驱体溶液；
6、(2)三维多孔碳模板前驱体的冷冻干燥：
7、将前驱体溶液进行冷冻干燥，得到三维多孔碳的前驱体；
8、(3)三维多孔碳的煅烧：
9、在惰性气氛中，将步骤(2)中所得三维多孔碳的前驱体在400～800℃的温度中，煅烧0.5～8h；
10、(4)三维多孔碳的水洗和干燥处理：
11、将步骤(3)中所得产物，进行水洗、抽滤、干燥，以去除其中的盐分，并得到三维多孔碳；
12、(5)前驱体在金属盐溶液中的浸渍：
13、称量一定质量的硝酸铈与金属盐并溶解于水，配制金属离子浓度为0.01～5mol/l的溶液，将步骤(4)中得到的三维多孔碳以0.1～500g/l的比例加入到该混合溶液中，超声分散，在30～50℃保持1～24h，随后进行抽滤，洗涤，得到吸附大量金属离子的三维多孔碳；
14、(6)吸附金属离子的三维多孔碳的煅烧：
15、在空气气氛下，将步骤(5)中所得吸附大量金属离子的三维多孔碳在200～800℃的温度中，煅烧10～300min，即可得到三维多孔氧化物异质结。
16、进一步地，(1)中，水溶性盐包括但不限于氯化锂、氯化钠、氯化钾、碳酸钠等水溶性高熔点无机盐的一种或多种混合；碳源包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸铵、葡萄糖、壳聚糖、柠檬酸等水溶性含碳有机分子中的一种或多种混合；氮源包括但不限于氨气、尿素、三聚氰胺、双氰胺中的一种或多种混合。
17、进一步地，(1)中盐模板、碳源和氮源的摩尔比为(1～1000):(0.1～100):(0.1～100)，充分搅拌得到混合溶液。
18、进一步地，(2)中冷冻干燥的温度为0～-100℃，冷冻干燥时间为12～72小时。
19、进一步地，(3)中惰性气氛为氦气、氩气、氮气；加热时升温速率为0.5～20℃/min。
20、进一步地，(5)中所述金属盐包括但不限于硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铜、硝酸钌、硝酸锰、硝酸锌、硝酸银、氯化铁、氯化镍、氯化钴、氯化铜、氯化钌、氯化锰、氯化锌、氯化银、氯化钯中的一种或两种组合。
21、进一步地，(6)中将步骤(5)中所得吸附金属离子的三维多孔碳的前驱体在350～500℃的温度中，保温处理4h。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：（1）设计ceo2与金属氧化物界面，利用界面提高催化剂的本征活性；（2）以可溶性氯化钠为模板在催化剂中制造开放的孔结构，增强电解液流通和气体溢出；（3）用传统粉末冶金冷压法将前驱体冻干粉压制成块体，高温煅烧，金属盐分解得到的氧化物纳米颗粒被限域在相邻的nacl立方体之间并相互粘结在一起，经水洗除去nacl后，即可获得蜂窝状的三维多孔氧化物异质结电催化剂ceo2/金属氧化物（mox）;(4)ceo2/金属氧化物之间有丰富的界面，从而可充分发挥界面的催化活性；(5)整体工艺简单，其中的水溶性盐模板、金属盐盐等原料可实现循环利用。
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1.一种三维多孔氧化物异质结催化剂的制备方法，包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中盐模板包括但不限于氯化锂、氯化钠、氯化钾、碳酸钠等水溶性高熔点无机盐的一种或多种混合；碳源包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸铵、葡萄糖、壳聚糖、柠檬酸等水溶性含碳有机分子中的一种或多种混合；氮源包括但不限于氨气、尿素、三聚氰胺、双氰胺中的一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中盐模板、碳源和氮源的摩尔比为(1～1000):(0.1～100):(0.1～100)，充分搅拌得到混合溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)中冷冻干燥的温度为0～-100℃，冷冻干燥时间为12～72小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(3)中惰性气氛为氦气、氩气、氮气；加热时升温速率为0.5～20℃/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(5)中所述金属盐包括但不限于硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铜、硝酸钌、硝酸锰、硝酸锌、硝酸银、氯化铁、氯化镍、
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(6)中将步骤(5)中所得吸附金属离子的三维多孔碳的前驱体在350～500℃的温度中，保温处理4h。
...【技术特征摘要】
1.一种三维多孔氧化物异质结催化剂的制备方法，包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中盐模板包括但不限于氯化锂、氯化钠、氯化钾、碳酸钠等水溶性高熔点无机盐的一种或多种混合；碳源包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸铵、葡萄糖、壳聚糖、柠檬酸等水溶性含碳有机分子中的一种或多种混合；氮源包括但不限于氨气、尿素、三聚氰胺、双氰胺中的一种或多种混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中盐模板、碳源和氮源的摩尔比为(1～1000):(0.1～100):(0.1～100)，充分搅拌得到混合溶液。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：刁乐晨，祝静文，王平平，李宁，徐子杰，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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