锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法及应用与流程

本发明涉及电解水催化剂，具体涉及锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法及应用。

背景技术：

1、目前，为了应对碳零排放，减少化石燃料的使用，提高人类的生活品质。为此，世界各地的国家都在采取措施刺激可再生能源的开发和应用，如水电、太阳能和风能等，然而，这些可再生能源的时空不连续性导致了能源输送效率低下。除了开发高成本的储能系统，另一个有希望的解决方案是将这些可再生能源转化为易于储存和运输的化学燃料。氢能因其具有能量密度高、可持续、无污染等特点，是当今世界公认的理想替代能源载体。使用氢能可以大大减少二氧化碳的排放等污染问题。当然氢气的制备方法有很多，比如利用煤炭制氢，水电解制氢和太阳光解水制氢等。在这么多的制氢方法中，水电解制氢是最便捷、特别具有潜力的制氢策略，水资源是地球上非常富有的，其利用丰富的水资源制氢，这种制备的氢气方法特别简单且基本上没有任何污染，这已经成为各个国家学者们目前研究的热点之一。

2、钼基材料因其独特的物理化学性质和可调节的电子结构受到学者们的广泛关注。钼金属对oer的催化性能可以通过将其他金属元素与钼合金化形成钼基合金来调整。杂原子的引入可以调节氢在mo原子表面的吸附/解吸能，促进催化过程的进行。目前双金属钼钒对oer的催化性能并不理想。可能与钼表面对含氧基团的吸附过强有关。基于广义lewisacid-base理论，位于元素周期表右侧的金属元素d电子会进入左侧金属的外层空轨道，这种电子转移将导致左侧金属元素的电荷数增加，即带中心负移，远离费米能级，吸附强度下移。

3、因而亟需发明一种在碱性环境下具有超高的催化活性和优异的稳定性、且析氧催化性能优异的催化剂。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是提供一种在碱性环境下具有超高的催化活性和优异的稳定性、且析氧催化性能优异的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，包括以下步骤：

3、s1：将泡沫镍依次在3m hcl、丙酮、乙醇和去离子水中超声洗涤后作为衬底；

4、s2：将四水钼酸铵、偏钒酸铵及氯化锰放入去离子水中混合均匀并加热至45℃，磁力搅拌，直到得到均匀透明的溶液；

5、其中，四水钼酸铵、偏钒酸铵及氯化锰三者的摩尔比为：

6、四水钼酸铵:偏钒酸铵:氯化锰=(0.5～1.5):(1～1.5) :(0.5～1.5)；

7、s3：将一块s1处理得到的泡沫镍衬底、以及s2得到的均匀透明溶液一起放入50ml聚四氟乙烯高压釜中，随后50ml聚四氟乙烯高压釜加热到120～180℃，反应12小时，然后将50ml聚四氟乙烯高压釜冷却到室温后，取出泡沫镍；

8、s4：将s3制得的泡沫镍放入管式炉，经管式炉加热干燥后，即得到泡沫镍负载的锰掺杂钼钒合金催化剂。

9、进一步地，前述的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，其中：在s1中，泡沫镍依次在3m hcl中超声洗涤30分钟、在丙酮中超声洗涤8分钟、在乙醇中超声洗涤5分钟、在去离子水中超声洗涤5分钟。

10、进一步地，前述的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，其中：在s2中，先将四水钼酸铵及偏钒酸铵放入一个含有25ml去离子水的烧杯一中，形成溶液一；再将氯化锰放入另一个含有15ml去离子水的烧杯二中，形成溶液二；然后再将溶液一与溶液二混合均匀，并加热至45℃，磁力搅拌，直到得到均匀透明的溶液。

11、进一步地，前述的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，其中：在s4中，将s3制得的泡沫镍放入管式炉后，将管式炉升温至300℃，加热2小时，然后将管式炉冷却到室温后，再取出泡沫镍，即得到泡沫镍负载的锰掺杂钼钒合金催化剂。

12、本发明的第二个目的是提供一种锰掺杂钼钒合金催化剂在电催化析氧反应中的应用。

13、 通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：通过简单的一步水热法合成了锰掺杂钼钒的锰掺杂钼钒合金催化剂，锰掺杂钼钒合金催化剂具有立体结构，将其应用于电催化析氢和析氧反应，其在1.0 m koh电解液中，电流密度为100 ma/cm2时，mn-mov催化剂的析氧过电位为340 mv，析氧性能超过了已知的绝大多数析氧催化剂，同时其稳定性也在24 h内和连续1000圈cv扫描下并没有衰减，在碱性环境下具有超高的催化活性和优异的稳定性、且析氧催化性能优异。

技术特征：

1.锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，其特征在于：在s1中，泡沫镍依次在3m hcl中超声洗涤30分钟、在丙酮中超声洗涤8分钟、在乙醇中超声洗涤5分钟、在去离子水中超声洗涤5分钟。

3.根据权利要求1所述的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，其特征在于：在s2中，先将四水钼酸铵及偏钒酸铵放入一个含有25ml去离子水的烧杯一中，形成溶液一；再将氯化锰放入另一个含有15ml去离子水的烧杯二中，形成溶液二；然后再将溶液一与溶液二混合均匀，并加热至45℃，磁力搅拌，直到得到均匀透明的溶液。

4.根据权利要求1所述的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，其特征在于：在s4中，将s3制得的泡沫镍放入管式炉后，将管式炉升温至300℃，加热2小时，然后将管式炉冷却到室温后，再取出泡沫镍，即得到泡沫镍负载的锰掺杂钼钒合金催化剂。

5.一种锰掺杂钼钒合金催化剂的应用，锰掺杂钼钒合金催化剂由权利要求1至4中任一权利要求所述的锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法制备而成，其特征在于：锰掺杂钼钒合金催化剂在电催化析氧反应中的应用。

技术总结
本发明公开了锰掺杂钼钒合金催化剂的合成方法，包括以下步骤：S1：将泡沫镍依次在3M HCl、丙酮、乙醇和去离子水中超声洗涤后作为衬底；S2：将四水钼酸铵、偏钒酸铵及氯化锰放入去离子水中混合均匀并加热至45℃，磁力搅拌，直到得到均匀透明的溶液；S3：将一块S1处理得到的泡沫镍衬底、以及S2得到的均匀透明溶液一起放入50ml聚四氟乙烯高压釜中，随后50ml聚四氟乙烯高压釜加热到120～180℃，反应12小时，然后将50ml聚四氟乙烯高压釜冷却到室温后，取出泡沫镍；S4：将S3制得的泡沫镍放入管式炉，经管式炉加热干燥后，即得到泡沫镍负载的锰掺杂钼钒合金催化剂。本发明具有析氧催化性能优异的优点。

技术研发人员：王朝,朱自政,何春辉,苏红艳
受保护的技术使用者：张家港氢云新能源研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17