一种细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法及应用

本发明属于析氧电催化剂，具体涉及一种细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法及应用。

背景技术：

1、传统化石燃料消耗以及使用这些燃料连带的相关环境风险显著增长，促使研究界开发一种丰富、持久、零排放和环保的能源。随着对清洁能源需求的增长，人们已经付出了巨大的努力来设计和开发高效、低成本制氢系统，如(光)电化学水分解。析氧反应是水分解的半反应，在其他可再生能源技术(如金属空气电池)中也很重要。然而，析氧反应是一个复杂的四电子、四质子转移过程，发生在远离平衡电位的地方，导致整个水分解过程中的高能量损失。基于钌和铱的贵金属催化剂具有较高的整体析氧性能，但由于地球储量有限和成本高，其实际应用受到限制。因此，开发具有高电催化活性的非贵金属材料，特别是由廉价的地球丰富元素组成的过渡金属化合物受到广泛关注。

2、传统电催化材料通常采取溶剂热法、湿化学策略和化学气相沉积法等方法合成，这些方法总是需要苛刻的反应条件以及复杂的工艺和高昂的成本。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提出了一种细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，以细菌合成的产物为原料，进行水热反应，得到了性能更加优异的析氧电催化材料，合成的条件要求低，工艺简单。

2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，包括以下步骤：

4、s1：将硫酸盐还原菌(srb)接种在除氧后的密闭液体培养基中，生成金属硫化物；

5、s2：在金属硫化物中加入金属盐掺杂物后，在恒温下培养得到生物合成材料oer-1；

6、s3：再将生物合成材料oer-1进行水热反应，获得析氧电催化材料oer-2。

7、优选地，所述s1中的液体培养基由k2hpo4、cacl2、nh4cl、(nh)2fe(so4)2、酵母浸膏、mgso4·7h2o、柠檬酸钠、乳酸钠混合组成。

8、优选地，所述s2中在金属硫化物中加入金属盐掺杂物后，在20～40℃下恒温培养1～40天，离心分离下层产物后使用有机混合溶液进行清洗，然后干燥得到生物合成材料oer-1。

9、优选地，所述金属盐掺杂物包括但不限于过渡金属盐、稀土金属盐。

10、优选地，所述s3中水热反应的温度为80～200℃，反应时间2～15h，反应后离心分离下层产物后使用有机混合溶液进行清洗，然后干燥得到生物合成材料oer-2。

11、本发明的另一目的在于提供上述细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法在析氧电催化剂制备中的应用。

12、本发明的有益效果是：

13、(1)利用硫酸盐还原菌的生物合成作用，将溶液中的离子转变为固相矿物，对形成的固相矿物进行离心洗涤、真空干燥，可以直接得到电催化材料，进而再以细菌生物合成作用产生的固相矿物的为原料，通过水热反应对催化剂材料结构进行优化，得到了性能更加优异的析氧电催化材料；

14、(2)本发明有效的利用细菌活性，通过直接和间接辅助的方法，得到了高性能析氧电催化材料，与其它制备铁(镍)基金属硫化物析氧电催化剂的工艺不同，细胞的成分如细胞膜、蛋白质、酶和其它细胞内成分以及溶液中的离子等均参与到生物合成固相矿物的形成过程中，细菌活性在其中扮演着十分重要的角色，本发明的析氧催化剂制备工艺简单，原料仅涉及细菌，液体培养基和金属盐掺杂物，合成步骤能耗低，生物合成过程几乎零能耗，常温常压在低氧溶液中即可完成，水热法也易大规模实现并且成本很低，并且细菌生物活性非常优异，易实现大规模制备。

技术特征：

1.一种细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，其特征在于，所述s1中的液体培养基由k2hpo4、cacl2、nh4cl、(nh)2fe(so4)2、酵母浸膏、mgso4·7h2o、柠檬酸钠、乳酸钠混合组成。

3.根据权利要求1所述的细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，其特征在于，所述s2中在金属硫化物中加入金属盐掺杂物后，在20～40℃下恒温培养1～40天，离心分离下层产物后使用有机混合溶液进行清洗，然后干燥得到生物合成材料oer-1。

4.根据权利要求3所述的细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，其特征在于，所述金属盐掺杂物包括但不限于过渡金属盐、稀土金属盐。

5.根据权利要求1所述的细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，其特征在于，所述s3中水热反应的温度为80～200℃，反应时间2～15h，反应后离心分离下层产物后使用有机混合溶液进行清洗，然后干燥得到生物合成材料oer-2。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法在析氧电催化剂制备中的应用。

技术总结
本发明属于电催化和能源技术领域，具体涉及一种细菌辅助合成高效析氧电催化剂的方法，通过利用细菌通过生物作用合成的疏松多孔的产物直接准备得到高效的电催化材料，进而以细菌合成的产物为原料，通过一步法水热反应对催化剂材料结构进行优化，得到了性能更加优异的析氧电催化材料。本发明有效的利用细菌通过直接和间接辅助的方法，合成和制备了高性能析氧电催化材料，工艺简单，能耗低，环境友好，易实现大规模制备，在电催化和能源领域具有广泛的应用前景。

技术研发人员：刘宏伟,张晚晴,柳海宪,金正宇
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22