CN110586083A - 一种用于催化电解水反应的催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于催化剂技术领域，涉及一种用于催化电解水反应的催化剂及其制备方法。所述的催化剂包含催化活性物质，所述的催化活性物质包含至少一种金属或其化合物，该金属或其化合物中的金属元素由组成和/或丰度较天然有所改变的非放射性同位素构成，其中至少一种非放射性同位素的丰度在天然丰度的基础上改变1/20以上且不低于20％。利用本发明的用于催化电解水反应的催化剂及其制备方法，能够使得到的催化剂具有更好的催化性能。
Description
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，涉及一种用于催化电解水反应的催化剂及其制备方法。
背景技术
随着氢能相关产业的发展，电解水大规模制氢技术受到人们广泛的关注。电解水的电极反应分别是阴极的氢气析出反应和阳极的氧气析出反应。高性能的电解水电极催化材料可以在较低的过电势条件下达到较高的电流密度，提高电解水的效率。因此，开发高性能电解水电极催化材料具有重要意义。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种用于催化电解水反应的催化剂，以能够具有更好的催化性能。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，所述的催化剂包含催化活性物质，所述的催化活性物质包含至少一种金属或其化合物，该金属或其化合物中的金属元素由组成和/或丰度较天然有所改变的非放射性同位素构成，其中至少一种非放射性同位素的丰度在天然丰度的基础上改变1/20以上且不低于20％。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，其中所述的电解水反应是电解水析氢反应。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，其中所述的至少一种金属或其化合物是金属铂、镍、钼或钴或其化合物。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，其中所述的电解水反应是电解水析氧反应。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，其中所述的至少一种金属或其化合物是金属钌、铱或铁或其化合物。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，其中所述的催化剂还包含催化辅助物质，所述的催化活性物质与所述的催化辅助物质的质量比为1:0.1-10。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，其中所述的催化辅助物质包含助催化剂，选自金、钯、稀土元素中的一种或几种。
在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种用于催化电解水反应的催化剂，其中所述的催化辅助物质包含催化剂载体，选自活性炭、碳化硅、三氧化二铝、石墨烯、二氧化硅、沸石中的一种或几种。
本发明的第二个目的是提供上述催化剂的制备方法，以能够更好的制备上述催化剂，制备所得催化剂具有更好的催化性能。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供上述催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)催化活性物质的制备：利用同位素分离法、同位素混合法、核反应法或元素人工生产法制备同位素组成和/或丰度改变的所述的催化活性物质或其化合物；
(2)催化剂的制备：利用各催化活性物质或其化合物制备所述的催化剂。
同位素分离法主要可分为化学法和物理法，其中化学法包括汞齐交换法、离子交换色层法、萃取法等；物理法包括电磁法、熔盐电解法、电子迁移、分子蒸馏和激光分离等(参见：杨国华,曾权兴编著，稳定同位素分离，原子能出版社，1989年第一版，全书尤其第23页)。
同位素混合法是将不同丰度的同位素进行混合，配制指定丰度的同位素，采用滚筒等方式进行混匀。
核反应法是通过反应堆或加速器产生的粒子对原子核进行轰击，主要有(n,γ)、(n,p)、(n,d)(n,2n)、(n,f)初级衰变，也可以用(n,p)、(n,d)、(n,2n)反应和二次反应(p,n)、(p,d)、(t,n)、(t,p)结合的方式生成目标核素(参见：(美)C.B.Moore编著，激光光化学与同位素分离，原子能出版社，1988年第一版，全书尤其第18页)。
元素人工生产法是核裂变或核融合产生新的核素(参见：(美)本尼迪克特(Benedict,M.)等编著，核化学工程，原子能出版社，2011年第一版，全书尤其第169页)。
本发明的有益效果在于，利用本发明的用于催化电解水反应的催化剂及其制备方法，能够使得到的催化剂具有更好的催化性能。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施例1：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉(铂元素同位素天然丰度为：Pt-190为0.01％，Pt-192为0.79％，Pt-194为32.9％，Pt-195为33.8％，Pt-196为25.3％，Pt-198为7.2％)，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-195-98。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-194丰度为1.5％，Pt-195丰度为98％，Pt-196丰度为0.5％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例2：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-190-20。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-190丰度为20％，Pt-194丰度为50％，Pt-198丰度为30％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例3：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-190-100。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-190丰度为100％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂，具体制备方法如下：
将金属Pt制备成H2PtCl6溶液，配成1mol/L的H2PtCl6。加入导电石墨，搅拌均匀，采用NaOH作为沉淀剂，调节pH值为7.5，通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质500℃氢气条件下煅烧得到催化剂。
实施例4：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-192-100。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-192丰度为100％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例5：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-194-100。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-194丰度为100％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例6：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-195-100。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-195丰度为100％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例7：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-196-100。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-196丰度为100％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂，具体制备方法如下：
将金属Pt制备成H2PtCl6溶液，配成1mol/L的H2PtCl6。加入导电石墨，搅拌均匀，采用NaOH作为沉淀剂，调节pH值为7.5，通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质500℃氢气条件下煅烧得到催化剂。
实施例8：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-198-100。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-198丰度为100％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例9：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-192-20。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-192丰度为20％，Pt-194丰度为50％，Pt-196丰度为30％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例10：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-194-20。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-194丰度为20％，Pt-195丰度为50％，Pt-196丰度为30％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂，具体制备方法如下：
将金属Pt制备成H2PtCl6溶液，配成1mol/L的H2PtCl6。加入导电石墨，搅拌均匀，采用NaOH作为沉淀剂，调节pH值为7.5，通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质500℃氢气条件下煅烧得到催化剂。
实施例11：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-194-31。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-194丰度为31％，Pt-192丰度为19％，Pt-195丰度为50％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例12：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-194-35。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-194丰度为35％，Pt-192丰度为30％，Pt-196丰度为35％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例13：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-195-20。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-195丰度为20％，Pt-192丰度为20％，Pt-194丰度为60％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例14：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-195-31。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-195丰度为31％，Pt-192丰度为30％，Pt-194丰度为39％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例15：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-195-35.5。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-195丰度为35.5％，Pt-192丰度为20％，Pt-194丰度为44.5％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂，具体制备方法如下：
将金属Pt制备成H2PtCl6溶液，配成1mol/L的H2PtCl6。加入导电石墨，搅拌均匀，采用NaOH作为沉淀剂，调节pH值为7.5，通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质500℃氢气条件下煅烧得到催化剂。
实施例16：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-196-20。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-196丰度为20％，Pt-192丰度为10％，Pt-194丰度为20％，Pt-195丰度为50％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例17：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-196-23。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-196丰度为23％，Pt-195丰度为37％，Pt-198丰度为40％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例18：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-196-27.5。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-196丰度为27.5％，Pt-195丰度为50％，Pt-198丰度为22.5％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例19：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院核技术所CAE-1型磁分离装置分离天然金属铂粉，具体操作条件为：汽化温度2500度，磁场电压1000伏，磁分离参数Pt-198-20。在出料口收取分离后的铂，通过ICP-MS检测，Pt-198丰度为20％，Pt-195丰度为50％，Pt-196丰度为30％。
在上述分离后的铂中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂，具体制备方法如下：
将金属Pt制备成H2PtCl6溶液，配成1mol/L的H2PtCl6。加入导电石墨，搅拌均匀，采用NaOH作为沉淀剂，调节pH值为7.5，通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质500℃氢气条件下煅烧得到催化剂。
实施例20：对照制备实施例
在天然金属铂粉中加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取催化活性物质的盐溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到Pt的质量分数为20％的Pt/C催化剂。
实施例21：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼(钼元素同位素天然丰度为：Mo-92为14.84％，Mo-94为9.25％，Mo-95为15.92％，Mo-96为16.68％，Mo-97为9.55％，Mo-98为24.13％，Mo-100为9.63％)，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-94-20。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-94丰度为20％，Mo-95丰度为40％，Mo-96丰度为40％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例22：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-94-100。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-94丰度为100％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例23：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-95-20。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-95丰度为20％，Mo-96丰度为40％，Mo-97丰度为40％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例24：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-95-100。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-95丰度为100％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例25：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-96-20。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-96丰度为20％，Mo-97丰度为40％，Mo-98丰度为40％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例26：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-96-100。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-96丰度为100％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例27：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-97-20。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-97丰度为20％，Mo-98丰度为40％，Mo-100丰度为40％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例28：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-97-100。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-97丰度为100％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例29：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-98-20。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-97丰度为40％，Mo-98丰度为20％，Mo-100丰度为40％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例30：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-98-22。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-97丰度为39％，Mo-98丰度为22％，Mo-100丰度为39％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例31：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-98-26。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-97丰度为36％，Mo-98丰度为26％，Mo-100丰度为38％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例32：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-98-100。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-98丰度为100％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例33：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-100-20。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-96丰度为30％，Mo-97丰度为30％，Mo-98丰度为20％，Mo-100丰度为20％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例34：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-100-100。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-100丰度为100％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例35：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-92-20。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-92丰度为20％，Mo-94丰度为40％，Mo-95丰度为40％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例36：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的氧化钼，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Mo-92-100。在出料口收取分离后的氧化钼，通过ICP-MS检测，Mo-92丰度为100％。
将上述分离后的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例37：对照制备实施例
将天然同位素丰度的氧化钼溶于Na2CO3溶液中制备成1mol/L的Na2MoO4溶液，按Mo：S摩尔比为1:3的量加入硫代乙酰胺，搅拌均匀后转入反应釜中，在200℃下反应8h，产物冷却后通过离心洗涤得到黑色沉淀物质，将该物质80℃下真空干燥，得到MoS2催化剂。
实施例38：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌(钌元素同位素天然丰度为：Ru-96为5.52％，Ru-98为1.88％，Ru-99为12.7％，Ru-100为12.6％，Ru-101为17％，Ru-102为31.6％，Ru-104为18.7％)，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-96-20。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-96丰度为20％，Ru-98丰度为40％，Ru-99丰度为40％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例39：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-96-100。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-96丰度为100％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例40：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-98-20。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-98丰度为20％，Ru-99丰度为40％，Ru-100丰度为40％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例41：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-98-100。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-98丰度为100％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例42：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-99-20。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-99丰度为20％，Ru-100丰度为40％，Ru-101丰度为40％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例43：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-99-100。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-99丰度为100％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例44：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-100-20。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-100丰度为20％，Ru-101丰度为40％，Ru-102丰度为40％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例45：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-100-100。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-100丰度为100％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例46：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-101-20。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-101丰度为20％，Ru-102丰度为40％，Ru-104丰度为40％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例47：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-101-100。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-101丰度为100％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例48：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-102-20。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-101丰度为40％，Ru-102丰度为20％，Ru-104丰度为40％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例49：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-102-29.5。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-101丰度为35％，Ru-102丰度为29.5％，Ru-104丰度为35.5％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例50：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-102-33.5。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-101丰度为31％，Ru-102丰度为33.5％，Ru-104丰度为35.5％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例51：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-102-100。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-102丰度为100％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例52：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-104-20。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-101丰度为40％，Ru-102丰度为40％，Ru-104丰度为20％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例53：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然同位素丰度的钌，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Ru-104-100。在出料口收取分离后的钌，通过ICP-MS检测，Ru-104丰度为100％。
将上述分离后的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例54：对照制备实施例
将天然同位素丰度的钌转化为硝酸钌，加入4倍质量的导电石墨作为碳源，经水热法(称取硝酸钌溶于去离子水中，加入载体导电石墨，浸渍1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。制得的催化剂前驱体中加入少量尿素溶液，于130℃水热处理6h，然后进行过滤，洗涤至中性，120℃干燥过夜，1000℃焙烧4h，制得所需催化剂)制备得到RuO2/C催化剂。
实施例55：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁(铁元素同位素天然丰度为：Fe-54为5.8％，Fe-56为91.72％，Fe-57为2.2％，Fe-58为0.28％)，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-54-20。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-54丰度为20％，Fe-56丰度为70％，Fe-57丰度为10％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例56：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-54-100。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-54丰度为100％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例57：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-56-20。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-56丰度为20％，Fe-57丰度为40％，Fe-58丰度为40％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例58：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-57-20。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-56丰度为45％，Fe-57丰度为20％，Fe-58丰度为35％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例59：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-58-20。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-56丰度为50％，Fe-57丰度为30％，Fe-58丰度为20％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例60：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-56-100。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-56丰度为100％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例61：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-57-100。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-57丰度为100％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例62：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-58-100。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-58丰度为100％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例63：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-56-87.1。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-56丰度为87.1％，Fe-57丰度为8％，Fe-58丰度为4.9％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例64：制备实施例
以同位素分离法的原理，通过中国原子能科学研究院F-3型磁分离装置分离天然氧化铁，具体操作条件为：温度2000℃，磁铁电源500A×100V，离子源电压30-35kV，磁分离参数Fe-56-96。在出料口收取分离后的氧化铁，通过ICP-MS检测，Fe-56丰度为96％，Fe-58丰度为4％。
将上述分离后的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例65：对照制备实施例
将天然同位素丰度的氧化铁转化为硝酸铁并配制成1mol/L的溶液，将天然同位素丰度的氧化镍转化为硝酸镍并配制成1mol/L的溶液，以碳酸铵为碱源，经水热法制备催化剂，具体方法如下：
取硝酸铁与硝酸镍溶液各20ml，混合后加入2.0g乙酸钠，搅拌1h，40℃恒温2h，80℃烘干，得催化剂前驱体。将催化剂前驱体加入50ml浓度为2.0mol/L的尿素溶液中，130℃水热处理6h，过滤后沉淀洗涤至中性，120℃干燥过夜，550℃焙烧4h，制备得到Ni/Fe/LDH催化剂。
实施例66：催化反应实施例
将前述实施例1-37制备各催化剂分别负载在玻碳电极上制备成工作电极(阴极)：取2mg催化剂溶于1ml乙醇中，并添加20μL Nafion粘结剂，按照0.02mg/cm2的负载量取一定体积的溶液滴加到玻碳电极上，自然晾干后进行析氢催化测试；其中玻碳电极为工作电极，石墨碳棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在25℃下于0.5M H2SO4电解液中进行电解水析氧反应测试：使用CHI640电化学工作站，并使用旋转圆盘电极降低传质影响，测试前将Ar通入0.5M H2SO4电解液中以排除溶液中空气；首先在-0.2～-0.8V电压区间以50mv/s的扫描速率扫描100圈使催化剂活性达到稳定，之后再在-0.2～-0.8V电压区间以2mv/s的扫描速率获取lsv曲线，得到对应的I-ESCE曲线，IR矫正补偿液接电阻和外电路电阻造成的电压损失，换算成I-ERHE曲线，根据换算后的lsv曲线获取不同电流密度下对应的过电位并进行Tafel斜率拟合。
测试结果如下表1所示。
表1析氢催化反应测试结果
实施例67：催化反应实施例
将前述实施例38-65制备各催化剂分别用于碱性电解水析氧反应的催化，具体方法如下：
取6mg催化剂溶于1ml乙醇中，并添加20μL Nafion粘结剂，滴加到0.01cm×1cm×3cm的泡沫镍上，烘干后用溶胶将中间1cm×1cm的区域覆盖，暴露出两端1cm2的区域，其中一端连接电极夹，另一端浸入1M KOH电解质溶液中(其中泡沫镍为工作电极，石墨碳棒为对电极，饱和甘汞电极为参比电极)。
在25℃下，在1M的KOH电解液中进行电解水析氧反应测试，析氧反应活性测试使用CHI640电化学工作站。首先在0-1V电压区间以50mv/s的扫描速率扫描100圈使催化剂活性达到稳定。之后在0-1V电压区间以2mv/s的扫描速率获取lsv曲线，得到对应的I-ESCE曲线、IR矫正补偿液接电阻和外电路电阻造成的电压损失，换算成I-ERHE曲线。根据换算后的lsv曲线获取不同电流密度下对应的过电位并进行Tafel斜率拟合。
测试结果如下表2所示。
表2碱性电解水析氧反应测试结果
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种用于催化电解水反应的催化剂，其特征在于：所述的催化剂包含催化活性物质，所述的催化活性物质包含至少一种金属或其化合物，该金属或其化合物中的金属元素由组成和/或丰度较天然有所改变的非放射性同位素构成，其中至少一种非放射性同位素的丰度在天然丰度的基础上改变1/20以上且不低于20％。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的电解水反应是电解水析氢反应。
3.根据权利要求2所述的催化剂，其特征在于：所述的至少一种金属或其化合物是金属铂、镍、钼或钴或其化合物。
4.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述的电解水反应是电解水析氧反应。
5.根据权利要求4所述的催化剂，其特征在于：所述的至少一种金属或其化合物是金属钌、铱或铁或其化合物。
6.根据权利要求1-5之一所述的催化剂，其特征在于：所述的催化剂还包含催化辅助物质，所述的催化活性物质与所述的催化辅助物质的质量比为1:0.1-10。
7.根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于：所述的催化辅助物质包含助催化剂，选自金、钯、稀土元素中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的催化剂，其特征在于：所述的催化辅助物质包含催化剂载体，选自活性炭、碳化硅、三氧化二铝、石墨烯、二氧化硅、沸石中的一种或几种。
9.根据权利要求1-8之一所述的催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)催化活性物质的制备：利用同位素分离法、同位素混合法、核反应法或元素人工生产法制备同位素组成和/或丰度改变的所述的催化活性物质或其化合物；
(2)催化剂的制备：利用各催化活性物质或其化合物制备所述的催化剂。
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| CN114768530A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-22 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 二硫化钼在电解分离氢同位素中的应用 |
| CN116133746A (zh) * | 2020-07-17 | 2023-05-16 | 松下知识产权经营株式会社 | 水电解小室的电极催化剂、水电解小室及水电解装置 |
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