公布日：2024.06.11
申请日：2022.12.09
分类号：C25B11/091(2021.01)I;C25B1/04(2021.01)I;C25B9/00(2021.01)I
摘要
本发明公开一种电解水催化析氧的催化剂和工作电极的制备方法及装置。所述催化剂为钇负载钛-钼双金属有机复合材料。并采用该催化剂制备工作电极。所述钇负载钛-钼双金属有机复合材料中的金属钇的氧化物的纳米直径在1-5nm。负载的钇（Y）金属氧化物纳米粒子更小，提供了更多的催化活性位点，大大提高OER性能。
权利要求书
1.一种电解水催化析氧的催化剂的制备方法，包括以下步骤：(a)在真空度为200-500Pa，温度为295-305℃的条件下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇通过蒸发负载于权利要求1或2所述方法制备的钛-钼双金属有机材料粉末；(b)步骤(a)产物在700-1200℃下煅烧3-5h，得到钇负载钛-钼双金属有机复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钇负载钛-钼双金属有机复合材料中的金属钇的氧化物的纳米直径在1-5nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钛-钼双金属有机材料粉末的制备方法，包括以下步骤：含有1,3-金刚烷二羧酸、异丙醇和DMF的混合溶液和钛酸四丁酯、五水硝酸钼的水溶液混合1～2h，获得前驱体溶液；在130-160℃的温度下采用溶剂热反应48-72h，得到沉淀，洗涤，干燥。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钛酸四丁酯、五水硝酸钼、1,3-金刚烷二羧酸的质量比为0.850～0.880：0.385～0.395：0.450～0.550g。
5.根据权利要求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)钇与钛-钼双金属有机材料粉末的质量比为5-10：20-50。
6.一种电解水催化析氧的工作电极的制备方法，包括以下步骤：(1)权利要求1-5任一项所述的电解水催化析氧催化剂溶解于N,N-二甲基甲酰胺和水溶液中，滴加至玻碳电极上，晾干；(2)将Nafion溶液和异丙醇溶液滴加至步骤(1)所得电极上，晾干。
7.根据权利要求6所述的方法制备的电解水催化析氧的工作电极。
8.一种电解水催化析氧装置，包括以下组件：权利要求7所述的电解水催化析氧的工作电极、甘汞电极做参比电极、Pt丝做辅助电极，KOH溶液作为电解液。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述KOH溶液的浓度在1-3molL-1。
发明内容
本发明的目的是克服上述的技术的不足之处，提供了一种OER催化剂和工作电极的制备方法，用来解决现有金属负载纳米粒子团聚、粒子直径较大、负载困难的技术难题。还提供了OER装置。
为达到以上发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种钛-钼双金属有机材料粉末的制备方法，包括以下步骤：含有1,3-金刚烷二羧酸、异丙醇和DMF的混合溶液和钛酸四丁酯、五水硝酸钼的水溶液混合1～2h，获得前驱体溶液；在130-160℃的温度下采用溶剂热反应48-72h，得到沉淀，洗涤，干燥。
作为优选的方案，本发明所述钛酸四丁酯、五水硝酸钼、1,3-金刚烷二羧酸的质量比为0.850～0.880：0.385～0.395：0.450～0.550g。
作为优选的方案，本发明所述溶剂热采用异丙醇、DMF、水中的一种或多种做溶剂。
作为优选的方案，本发明所述洗涤包括以下步骤：用DMF洗涤，然后用异丙醇洗涤。
作为优选的方案，本发明所述干燥包括以下步骤：60-100℃温度下干燥24h-48h。
一种钇负载钛-钼双金属有机复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(a)在真空度为200-500Pa，温度为295-305℃的条件下，三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇通过蒸发负载于钛-钼双金属有机材料粉末；
(b)步骤(a)产物在700-1200℃下煅烧3-5h。
本发明所述的钇负载钛-钼双金属有机复合材料的制备方法中，所述三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钇与钛-钼双金属有机材料粉末的质量比为5-10：20-50。
作为优选的方案，本发明所述的钇负载钛-钼双金属有机复合材料的制备方法中，所述蒸发负载的时间为3-10h。
本发明所述钇负载钛-钼双金属有机复合材料中的金属钇的氧化物的纳米直径在1-5nm。负载的钇(Y)金属氧化物纳米粒子更小，大大提高OER性能。
1,3金刚烷二羧酸由于其结构特殊相比对苯二甲酸更加能使Ti和Mo双金属有机有机复合材料孔道支撑更稳定，高温稳定不易塌陷，由于Ti和Mo双金属有机有机复合材料的比表面积较大，它在催化性能上面有着独特的优势。
一种电解水催化析氧(OER)工作电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)钇负载钛-钼双金属有机复合材料溶解于N,N-二甲基甲酰胺和水溶液中，滴加至玻碳电极上，晾干；
(2)取Nafion溶液和异丙醇溶液滴加至步骤(1)所得电极上，晾干。
优选的，本发明所述玻碳电极的直径为3mm。
作为优选的方案，本发明所述步骤(1)中，5-10mg钇负载钛-钼双金属有机复合材料、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滴加至直径为3mm的玻碳电极上。
本发明所述的Nafion溶液和异丙醇的体积比为2：8-10。
作为优选的方案，本发明所述步骤(2)中，0.3-5ul，优选0.5-3ulNafion溶液和异丙醇溶液滴加至步骤(1)所得电极上。
Nafion溶液一种电解水催化析氧(OER)的装置，包括以下组件：本发明所述的电解水催化析氧(OER)工作电极、甘汞电极做参比电极、Pt丝做辅助电极，KOH溶液作为电解液。
本发明所述KOH溶液的浓度在1-3molL-1。
本发明电解水催化剂金属钇氧化物的纳米粒子都在5nm以下，950℃Y-C-N/MO3TiO2金属钇氧化物的纳米粒子最小达到了2nm，电解水催化析氧性能更加优异，其析氧的起始电位更低1.41V，电化学活性的比表面积更大达到了885uFcm-2，Tafel斜率最小43mV/dec，此发明提高了电解水的催化效率，使得电解水经济成本更加的低廉。
（发明人：康宏涛;潘光政;李卫飞）