电解水析氧反应催化剂及其制备方法与装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115874220A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211704263.1(22)申请日2022.12.29(71)申请人南宁师范大学地址530001广西壮族自治区南宁市西乡塘区明秀东路175号(72)发明人劳远侠黄小清劳秀敏石佳玉张诗琴韦鳕容(74)专利代理机构北京远大卓悦知识产权代理有限公司11369专利代理师邓雪明(51)Int.Cl.C25B11/091(2021.01)C25B1/04(2021.01)C25B9/60(2021.01)C25B15/02(2021.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称电解水析氧反应催化剂及其制备方法与装置(57)摘要本发明公开了一种电解水析氧反应催化剂，所述催化剂具有微纳米柱以及微纳米簇团的微纳米多级结构，微纳米柱以及微纳米簇团的直径为500nm‑20μm，催化剂表面粗糙度为3‑12μm，所述催化剂相结构为Ni‑Co合金和CeO2的双相结构。本发明公开了一种电解水析氧反应催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)制备CeO2/Ni纳米混合粒子；2)将混合粒子添加到电解液中，电化学工作站的阳极连接Ni棒，阴极连接基体材料，放入电解槽中，搅拌电解液，并在电解槽旁增加与基体材料表面相交的磁场，进行电化学沉积，获得所述催化剂。本发明还公开了一种磁场辅助电化学沉积装置。本发明制备的催化剂的电化学活性和稳定性可达到贵金属RuO2催化剂水平，并且具有生产工艺简单，制备成本低等特点。CN115874220ACN115874220A权利要求书1/1页1.电解水析氧反应催化剂，其特征在于，所述催化剂具有微纳米柱以及微纳米簇团的微纳米多级结构，微纳米柱以及微纳米簇团的直径为500nm‑20μm，催化剂表面粗糙度为3‑12μm，所述催化剂相结构为Ni‑Co合金和CeO2的双相结构。2.根据权利要求1所述的电解水析氧反应催化剂，其特征在于，所述催化剂中的Ni元素含量为30‑50％，Co元素含量为20‑40％，Ce元素含量为5‑15％，O元素含量为10‑30％。3.根据权利要求1或2任一项所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)纳米CeO2和纳米Ni采用球磨机进行球磨，得到CeO2/Ni纳米混合粒子；2)将CeO2/Ni纳米混合粒子添加到电解液中，电化学工作站的阳极连接Ni棒，阴极连接基体材料，放入电解槽中，搅拌电解液，并在电解槽旁增加与基体材料表面相交的磁场，进行电化学沉积，获得所述电解水析氧反应催化剂。4.根据权利要求3所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述纳米CeO2的粒径为15‑30nm，纳米Ni的粒径为50‑150nm，纳米CeO2与纳米Ni的质量比为1‑3：2‑5。5.根据权利要求3所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，球磨机旋转速度280‑350转/分，球磨时间3‑6小时。6.根据权利要求3所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，CeO2/Ni纳米混合粒子在电解液中的浓度为4‑5g/L。7.根据权利要求3所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，电解液包括：NiSO4·6H2O280‑300g/L、NiCl2·6H2O40‑50g/L、CoSO4·7H2O40‑50g/L、H3BO440‑50g/L、C7H5O3NS5‑10g/L，pH值为4.4‑4.6。8.根据权利要求3所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，电化学沉积时，采用2mA的恒电流和1.2mV的恒电位，沉积温度为室温，搅拌转速为30‑60转/分钟。9.根据权利要求3所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，基体材料表面的磁场强度20‑100mT。10.用于权利要求3所述的电解水析氧反应催化剂的制备方法的磁场辅助电化学沉积装置，其特征在于，包括：磁力搅拌装置；电解槽，其设置在所述磁力搅拌装置的上方，所述电解槽中放置有磁转子，所述电解槽中盛放有电解液，所述电解槽中设置有阳极、阴极和参比电极，所述电解槽的外侧设置有永磁铁以使永磁铁的磁场贯穿所述阴极；电化学工作站，其与所述阳极、阴极、参比电极电性连接。2CN115874220A说明书1/6页电解水析氧反应催化剂及其制备方法与装置技术领域[0001]本发明属于催化剂领域。更具体地说，本发明涉及一种电解水析氧反应催化剂及其制备方法与装置。背景技术[0002]近年来，石化能源的巨大消耗不但诱发能源危机，其燃烧排放的大量副产物也加剧了日益严重的气候变暖和大气污染。为缓解能源危机和环境污染，急需寻求更为绿色环保的能源替代方案。在此背景下，氢气作为零碳的能源载体，具有高能量密度、绿色、可持续的优点，而受到广泛关注