一种用于电解水的高熵羟基氧化物及其制备方法与流程

本发明属于电解水应用，涉及一种用于电解水的高熵羟基氧化物及其制备方法。

背景技术：

1、日益严重的能源危机和环境问题迫使世界寻找可持续和可再生能源。氢气因其高能量密度（140 mj/kg）和零二氧化碳排放而被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。电化学水分解制氢已被广泛认为是从可再生能源中获得清洁燃料的最有吸引力的方法。电化学水分解包括两个半反应：析氢反应(her)和析氧反应(oer)。析氧反应是一个四电子转移反应，需要较高的过电位，从而大大降低了总反应速率，成为电解水制氢的反应瓶颈。贵金属催化剂，如ir/ru，被认为是迄今为止最高效的oer电催化剂。然而，贵金属的高成本和稀缺性一直限制着它们在规模化开发中的广泛应用。这就需要高效、稳定并且廉价的析氧催化剂来降低高过电位，加快反应。第一行过渡金属(如ni, co, fe)基催化剂，特别是过渡金属氧化物或(氧)氢氧化物，因其卓越的催化活性、丰富度、稳定性和环境友好性而受到广泛关注。高熵材料通常具有不同于传统材料的效应，包括扩散迟缓和鸡尾酒效应。因其非凡的电化学特性而被视为催化oer的潜在材料，也是目前国际材料学术界的重要研究热点之一。由于高构型熵，高熵材料通常具有高度无序的结构和多种成分的随机分布。高度无序的结构可导致高密度的缺陷，甚至是配位不饱和位点，这就意味着可以为oer提供大量可接触的活性位点。多种成分的随机分布会带来极大的均匀性，从而产生协同效应，促进原子间的相互作用并改变电子结构，进而影响内在活性。此外，熵稳定效应还能有效提高高熵材料在电化学过程中的耐用性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中电解水催化剂使用成本高的问题，本发明提供一种用于电解水的高熵羟基氧化物及其制备方法，其可用于碱性电解水领域，对碱性电解水制氢具有显著的催化作用，大幅降低电极制备的成本。

2、本发明的技术方案：

3、一种用于电解水的高熵羟基氧化物，其通过水热沉积耦合电化学重构制备得到厚度为0.3-1.0 μm类西瓜子状fe、co、ni、cu和mo的共羟基氧化物，水热沉积耦合电化学重构制备方法的具体步骤如下：

4、步骤（1）：将一定量的铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、柠檬酸加入水和乙醇的混合溶液，在搅拌下加入钼酸盐的水溶液，随后转移到水热釜中在120-160℃下保持18-36小时；冷却至室温后洗涤干燥得到粉体钼基复合氧化物，命名为feconicumoox；在水热沉积时如果存在金属载体，可以得到在金属载体上的原位生长型钼基复合氧化物。

5、步骤（2）：对步骤（1）所得的钼基复合氧化物进行电化学处理，以强碱性溶液作为电解液，施加相对于可逆氢电极1.4-5 v的电压或高于10 ma cm-1电流密度的电流并保持一定时间，钼基复合氧化物被电化学重构为高熵羟基氧化物，命名为feconicumoooh。

6、进一步的，步骤（1）所述的反应物，铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、钼酸盐的摩尔比为等比或使其中一种过量/欠量20%，柠檬酸摩尔量占总摩尔量的20-40%。

7、步骤（1）所述的金属载体为钴、镍或铜的泡沫材料或丝网材料；当选用钴、镍或铜基体时，对应基体的金属盐可减小投料或不投料，高氧化还原电位的fe3+会将基体表层的金属原子氧化为金属离子参与沉淀。

8、步骤（1）所述的钼基复合氧化物，主要成分包括：fe2(moo4)3、co2mo3o8、nife2o4、cu2o和fe3o4。

9、本发明的有益效果如下：本发明中的高熵羟基氧化物的制备方法简单，原料廉价易得，用于碱性电解水具有优异的水分解性能和稳定性，具有很好的工业化应用潜力，实现高稳定、高性能电极的制备，大幅降低了电极制备的成本，有利于电解水制氢技术的普及和应用。

技术特征：

1.一种用于电解水的高熵羟基氧化物，其通过水热沉积耦合电化学重构制备得到厚度为0.3-1.0 μm的fe、co、ni、cu和mo的共羟基氧化物，水热沉积耦合电化学重构制备方法的具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的用于电解水的高熵羟基氧化物，其特征在于，铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、钼酸盐的摩尔比为等比或使其中一种过量/欠量20%，柠檬酸摩尔量占总摩尔量的20-40%。

3.根据权利要求1或2所述的用于电解水的高熵羟基氧化物，其特征在于，具有原位生长型钼基复合氧化物的金属载体为钴、镍或铜的泡沫材料或丝网材料；当选用钴、镍或铜基体时，对应基体的金属盐可减小投料或不投料，高氧化还原电位的fe3+会将基体表层的金属原子氧化为金属离子参与沉淀。

4.根据权利要求1或2所述的用于电解水的高熵羟基氧化物，，其特征在于，钼基复合氧化物主要成分包括：fe2(moo4)3、co2mo3o8、nife2o4、cu2o和fe3o4。

技术总结
本发明属于电解水应用技术领域，涉及一种用于电解水的高熵羟基氧化物及其制备方法，其可用于碱性电解水领域，对碱性电解水制氢具有显著的催化作用，大幅降低电极制备的成本，其通过水热沉积耦合电化学重构制备得到厚度为0.3‑1.0μm类西瓜子状Fe、Co、Ni、Cu和Mo的共羟基氧化物，水热沉积耦合电化学重构制备方法的具体步骤如下：步骤（1）：将一定量的铁盐、钴盐、镍盐、铜盐、柠檬酸加入水和乙醇的混合溶液，在搅拌下加入钼酸盐的水溶液，水热沉积得到钼基复合氧化物。步骤（2）：对步骤（1）所得的钼基复合氧化物进行电化学处理，钼基复合氧化物被电化学重构为高熵羟基氧化物，命名为FeCoNiCuMoOOH。

技术研发人员：梁长海,沈伟林,石福军,顾全斌,陈霄,刘家周,朱刚峰,毛军华
受保护的技术使用者：无锡华光环保能源集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16