本发明属于酸性条件下电催化水裂解析氧反应，涉及一种钨掺杂铱钌贵多元金属氧化物催化剂、制备方法及其在酸性条件下高效稳定电催化水分解析氧反应方向的应用。
背景技术：
：：1、能源问题一直是全球在面临的热点问题，并且随着世界人口的不断增加，能源消耗以及环境问题变得日益严峻。人们正在不断的探索可持续的，环境友好的新能源来代替传统的化石燃料来解决能源危机。据目前研究显示，氢能是解决化石燃料引起的大量二氧化碳排放最有希望的能源之一。但水裂解的阳极半反应析氧反应的缓慢反应动力学严重影响了整体水分解效率。在酸性环境中，问题更加明显。催化材料不仅要具有良好的反应活性，还需要在恶劣的强酸的环境中保持良好的稳定性。工业中常用的ruo2虽然具有较高的反应活性，但抗腐蚀性较差，虽然iro2在酸性条件下能够维持稳定，但稳定时间依然受限且活性相对较低，其高昂的价格限制了它的实际应用范围。因此，生产一种兼具高活性以及稳定性的催化剂是酸性水裂解的关键问题。2、近年来，为了降低催化剂成本，非贵金属掺杂贵金属的催化剂的研究日益增多。例如：具有较高水裂解产氧反应活性的iro2/sriro3(seitz,l.c.；dickens,c.f.；nishio,k.；hikita,y.；montoya,j.；doyle,a.；kirk,c.；vojvodic,a.；hwang,h.y.；norskov,j.k.etal.a highly active and stable irox/sriro3 catalyst for the oxygen evolutionreaction.science 2016,353,1011-1014)；具有良好催化活性的核壳结构的ir-w@ir-wo3-x纳米颗粒(lu,z.；wei,c.；liu,x.；fang,y.；hao,x.；zang,y.；pei,z.；cai,j.；wu,y.；niu,d.et al.regulating the adsorption behavior of intermediates on ir-w@ir-wo3-xboosts acidic water oxidation electrocatalysis.mater.chem.front.2021,5,6092-6100)。虽然这些催化剂在酸性介质中变现出明显优于工业催化剂(iro2，ruo2)的活性以及稳定性，但其稳定时间依然较短且催化剂合成方法复杂，依然无法满足酸性水裂解产氧的实际需求。3、针对上述问题，本发明采用较为简单的溶胶凝胶法合成了一种兼具活性以及超高稳定性的钨掺杂的铱钌金属氧化物，可以作为在酸性介质中电催化水裂解产氧的催化剂材料。技术实现思路1、本发明的目的在于开发一种在酸性电催化水裂解过程持续工作的w-irru3ox催化剂的制备方法。该催化剂达到10ma cm-2电流密度时仅需要246mv过电势，并可以持续稳定高效催化析氧反应达500h。在300mv过电势下可以达到51.2ma cm-2电流密度，是iro2的7.6倍，ruo2的5.0倍。并且该催化剂合成方法简单高效。2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：3、一种用于电催化水裂解产氧的钨掺杂铱钌贵金属氧化物催化剂，为一种钨掺杂的铱钌二元金属氧化物的催化剂。所述的催化剂为在贵金属铱钌二元氧化物中掺杂非贵金属钨，达到调节两种贵金属(铱、钌)的电子结构的目的，增强活性同时防止金属钌的溶解；所述的催化剂为具有纳米颗粒和纳米片的混合结构(氧化钨、氧化铱和氧化钌三种晶相)，其中纳米片结构主要为二氧化钌。所述的钨掺杂铱钌贵金属氧化物催化剂呈现黑色粉末状态。4、进一步的，所述的钨掺杂的铱钌贵金属氧化物催化剂为w-irru3ox，即根据反应前驱体投料的摩尔比，ir：ru为1：3。5、一种用于电催化水裂解产氧的钨掺杂铱钌贵金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：6、第一步，室温下，将钨酸(h2wo4)，三氯化铱水合物(ircl3·yh2o)和三氯化钌水合物(rucl3·zh2o)溶于dmf中形成溶液a。其中，每1ml dmf中，对应加入0.02～0.1mmol钨酸、0.05～0.2mmol三氯化铱水合物、0.15～0.60mmol三氯化钌水合物。7、第二步，室温下，将dmf和水混合得到溶液b，其中，dmf和水的体积比为100：9。8、第三步，将a，b溶液放入冰箱冷藏后，将溶液b和环氧丙烷在搅拌状态下加入溶液a，其中，每1ml的溶液a中，对应加入0.3～1ml溶液b、0.15～0.5ml环氧丙烷。将得到的混合溶液在密封条件下进行老化处理，得到黑色沉淀，采用有机溶剂洗涤黑色沉淀去除可能存在的有机物。该步骤中，金属盐前驱体经过水解老化过程，并且在搅拌过程中离子不断生长，相互作用。9、第四步，将第三步得到的产物真空烘干后研磨均匀，放入马弗炉煅烧后得到黑色粉末状态的催化剂。该步骤中，经过高温煅烧形成氧化物。10、进一步的，所述第三步中，冷藏温度为2～6℃，时间为60～180min。11、进一步的，所述第三步中，老化处理的温度为室温，时间为1～3天。12、进一步的，所述第三步中，洗涤过程采用有机溶剂丙酮。13、进一步的，所述第四步中，真空烘干的温度为50～70℃，时间为10～14h。14、进一步的，所述第四步中，煅烧的过程是在空气气氛中，煅烧温度为200～400℃，煅烧时间为60～180min。15、上述钨掺杂铱钌贵金属氧化物催化剂在高效稳定电催化酸性水分解产氧方面的应用，具体的，将粉末状态的催化剂负载于疏水碳纸上用于催化酸性水氧化分解产氧。16、本发明的创新点为：采用简单的溶胶凝胶合成方法将钨，铱，钌三种金属相结合，节省了催化剂的成本，同时钨的引入成功调节了贵金属铱，钌的电子结构，增强了其催化活性以及稳定性。即本发明制得的w-irru3ox中，由于钨的掺杂对铱，钌贵金属具有电子调节作用，使其在酸性介质中具有较高反应活性以及长达500h的稳定性，可以作为酸性环境中电催化水裂解析氧反应的催化剂。在目前报道过的酸性水氧化催化剂中活性较高，并且具有明显的稳定性优势，可以替代目前工业所用催化剂二氧化铱，具有广阔的发展前景。17、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：18、(1)本发明合成工艺简单，产率较高，实验过程可调控。19、(2)所得催化剂w-irru3ox的结晶度高，呈现纳米颗粒和纳米片的混合结构，且具有更高的活性表面积。20、(3)所得催化剂w-irru3ox的铱和钌的电子结构被钨调节，优化了铱钌本身的活性以及稳定性无法兼具的缺点，使材料在酸性介质中具有优秀的析氧反应的活性和稳定性，明显优于传统的氧化铱，氧化钌催化剂，且一定程度降低了材料的成本，可以替代使用。21、(4)所得催化剂w-irru3ox在电催化水裂解、新能源等领域有着十分广阔的应用前景。22、总的来说，本发明所述的催化剂，可以成功将非贵金属钨掺杂进铱钌二元金属，成功调节两种金属的内部电子结构，显著提升了铱，钌的反应活性以及稳定性，在降低成本的同时完美提升催化性能。本发明合成过程简单，实验过程容易调控，在电催化水裂解领域具有巨大潜能。当前第1页12当前第1页12