【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化剂制备，涉及一种酸性析氧电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前，化石燃料的使用在人类社会仍占据较大的比例，其开采和燃烧会加剧全球变暖的速度，同时加快极端气候产生的频率。受此影响，世界能源结构正面临深刻调整，能源转型迫在眉睫。众所周知，氢能具有高效减排、储量丰富、来源广泛等优点，已被认为是一种理想的清洁能源载体。因此，发展高效绿色的制氢技术具有重要意义。当前，以可再生能源为动力的电解水制氢技术被认为是一种环保并且有前景的绿氢生产方式。
2、在众多电解水技术中，质子交换膜(pem)系统因其电流密度高、氢气纯度高(≥99.99％)、响应快、防止气体交叉等优点，已逐渐成为电解制氢领域的发展趋势。然而，受限于pem水电解制氢的酸性环境、阳极高电位、良好导电性等要求，昂贵而不可大规模使用的金属ir、ru和rh基材料是目前已知的能在酸性电解质中平衡oer活性和稳定性的电催化剂。
3、目前，平衡贵金属基催化剂的oer活性和稳定性、降低贵金属的用量对加快pem电解水制氢速率和降低制氢成本具有重要意义。事实上，负载型电催化剂可以显著减少贵金属的用量、增强活性相的分散、提供高表面积和大量用于析氧反应的催化位点。通过金属-载体相互作用可以显著提高催化剂的活性和稳定性。因此，开发低贵金属负载量的负载型催化剂对pem电解水的实际应用具有长足意义。
4、最近，zhao等合成的纳米棒状ru-clusters/α-mno2电催化剂展示了良好的酸性oer电催化活性，其中，ru的载量是10wt％；同时
5、然而，上述催化剂中贵金属的含量仍然高于10wt％，并且催化剂的制备过程相对复杂，实际应用与大规模化制备仍存在很大挑战，制备催化剂的成本较高。因此，提供一种贵金属基催化剂及其简易制备方法，进一步降低贵金属的负载量，使之低于10wt％，并具有良好的酸性oer电催化活性与稳定性，适合大规模生产和制备，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种酸性析氧电催化剂及其制备方法和应用。本专利技术提供的酸性析氧电催化剂，能够在大幅减少贵金属用量的同时，获得更高的oer活性和稳定性，在10ma cm-2的电流密度下，过电位可低至243mv，并能够稳定运行22小时，在oer测试之后，依然能够保持完好的形貌结构；并且，本专利技术的制备方法简单，适用于大规模的生产。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种酸性析氧电催化剂，包括载体和负载于所述载体中的活性组分，所述载体包括稀土元素掺杂的过渡金属氧化物，所述活性组分包括贵金属。
4、本专利技术提供的酸性析氧电催化剂，通过在过渡金属氧化物中掺杂稀土元素并负载贵金属，使稀土元素和贵金属元素占据部分过渡金属元素的原子位点，利用三者间的协同作用，提高了其电催化析氧活性，进而大幅提高了其用于电催化析氧反应过程中的电化学性能。
5、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
6、优选地，所述稀土元素包括la、ce、pr、nd、sm或eu中的任意一种或至少两种的组合，优选为la。
7、优选地，所述过渡金属包括co、ni、fe或mn中的任意一种或至少两种的组合，优选为co。
8、优选地，所述贵金属包括ru、ir或rh中的任意一种或至少两种的组合，优选为ru。
9、本专利技术提供的酸性析氧电催化剂，通过进一步选择ru负载于la掺杂的co3o4载体中，得益于la掺杂会降低co和ru的d带中心，优化氧中间体的吸附和解吸，更有利于提高催化剂的析氧性能。
10、优选地，所述贵金属在所述酸性析氧催化剂中的质量占比为1％～10％，优选为1％～5％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
11、本专利技术中，通过调节贵金属的负载量，能够实现对其电催化性能的控制。当贵金属的负载量在1％～10％这个范围内时，能够较好地实现催化剂性能和成本的平衡，如果负载量过低，贵金属元素占据的位点较少，不利于其活性的提高；如果负载量过多，则会增加成本。
12、优选地，所述稀土元素在所述酸性析氧催化剂中的质量占比为1％～10％，优选为1％～5％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
13、本专利技术中，通过调节稀土元素的掺杂量，并将其控制在1％～10％这个范围内，能够更好地发挥其与贵金属元素、过渡金属元素之间的协同作用，更好地实现对co和ru的电子结构及d带中心的调控。
14、优选地，所述酸性析氧电催化剂的形貌包括菱形十二面体。
15、本专利技术中，菱形十二面体的形貌能够进一步增大催化剂的比表面积，增加其活性位点，进而提高催化剂的活性。
16、第二方面，本专利技术还提供一种酸性析氧电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
17、制备得到稀土元素掺杂的过渡金属氧化物载体，然后将贵金属负载于所述载体中，得到所述酸性析氧电催化剂。
18、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
19、优选地，所述载体的制备方法包括：
20、混合有机配体、过渡金属盐和稀土金属盐，经络合反应后进行第一煅烧，得到所述载体。
21、优选地，所述有机配体包括咪唑类化合物，所述咪唑类化合物包括2-甲基咪唑和/或2-氨基咪唑。
22、本专利技术中，通过使用咪唑类化合物，利用其与过渡金属离子之间的络合作用，能够更好地形成菱形十二面体的形貌。
23、优选地，所述过渡金属盐包括钴盐、镍盐、铁盐或锰盐中的任意一种或至少两种的组合。
24、优选地，所述钴盐包括硝酸钴、氯化钴或硫酸钴中任意一种或至少两种的组合。
25、优选地，所述稀土金属盐包括镧盐、铈盐、镨盐、钕盐、钐盐或铕盐中任意一种或至少两种的组合。
26、优选地，所述镧盐包括硝酸镧、乙酸镧或碳酸镧中任意一种或至少两种的组合。
27、优选地，所述过渡金属盐和稀土金属盐的质量比为1:(0.3～1.6)，优选为1:(0.3～0.8)，例如1:0.3、1:0.5、1:0.7、1:0.8、1:1.0、1:1.2、1:1.4或1:1.6等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28、优选地，将所述有机配体溶解后得到第一溶液，将所述过渡金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种酸性析氧电催化剂，其特征在于，所述酸性析氧催化剂包括载体和负载于所述载体中的活性组分，所述载体包括稀土元素掺杂的过渡金属氧化物，所述活性组分包括贵金属。
2.根据权利要求1所述的酸性析氧电催化剂，其特征在于，所述稀土元素包括La、Ce、Pr、Nd、Sm或Eu中的任意一种或至少两种的组合，优选为La；
3.根据权利要求1或2所述的酸性析氧电催化剂，其特征在于，所述贵金属在所述酸性析氧催化剂中的质量占比为1％～10％，优选为1％～5％；
4.一种如权利要求1-3任一项所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述载体的制备方法包括：
6.根据权利要求5所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，将所述有机配体溶解后得到第一溶液，将所述过渡金属盐和贵金属盐溶解后得到第二溶液；
7.根据权利要求4-6任一项所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，将所述贵金属负载于所述载体中的方法包括：将贵金属盐分散在所述载
8.根据权利要求7所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述分散的溶剂包括去离子水；
9.根据权利要求4所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
10.一种酸性析氧电催化剂的用途，其特征在于，所述用途包括将权利要求1-3任一项所述的酸性析氧电催化剂或如权利要求4-9中任一项所述的制备方法制备得到的酸性析氧催化剂用于电催化析氧反应中。
...【技术特征摘要】
1.一种酸性析氧电催化剂，其特征在于，所述酸性析氧催化剂包括载体和负载于所述载体中的活性组分，所述载体包括稀土元素掺杂的过渡金属氧化物，所述活性组分包括贵金属。
2.根据权利要求1所述的酸性析氧电催化剂，其特征在于，所述稀土元素包括la、ce、pr、nd、sm或eu中的任意一种或至少两种的组合，优选为la；
3.根据权利要求1或2所述的酸性析氧电催化剂，其特征在于，所述贵金属在所述酸性析氧催化剂中的质量占比为1％～10％，优选为1％～5％；
4.一种如权利要求1-3任一项所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的酸性析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述载体的制备方法包括：
6.根据权利要求5所述的酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁承宗，李聪慧，仉小猛，吴福玲，辛磊，王灵岘，阳欢，汪哲平，翁瑶，
申请(专利权)人：中国科学院江西稀土研究院，
类型：发明
国别省市：
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