CN116334675A - 析氧催化剂及其制备方法、电解装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种析氧催化剂及其制备方法、电解装置，该析氧催化剂的制备方法包括对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂，析氧催化剂的原材料包括硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物，添加物包括硝酸铁或硝酸镍中的至少一个。本发明提供的析氧催化剂的制备方法，克服现有Ruddlesden‑Popper相LaSrCoO4析氧催化剂的低活性问题，采用不同的金属元素Fe或者Ni等对Ruddlesden‑Popper相的LaSrCoO4结构进行优化，极大降低了LaSrCoO4在电解反应过程中的过电位，提升了该催化剂的析氧活性，此外，本发明的制备方法简单，极大地节约了时间与经济成本。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，具体而言，涉及一种析氧催化剂及其制备方法、电解装置。
背景技术
二维层状的Ruddlesden-Popper材料由两层AX岩盐层内嵌n层ABX型的钙钛矿的结构组成，为钙钛矿的衍生材料之一，其化学式为An+1BnX3n+1，由于其独特的层状结构、组分柔性和较高的比表面积，其在能源和环境领域得到了广泛的应用。由于它们具有更高的本征活性，使得它们作为OER（析氧反应）电催化剂的使用受到了越来越多的关注。
然而，Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4在OER过程中存在不稳定性是目前一个严峻的挑战，同时作为催化剂在催化电解水制氢时产生的过电位太高，导致该过程的能量转化效率低。
因此发明一种新的改性的LaSrCoO4，以提高催化活性是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在解决LaSrCoO4在OER过程中稳定性较低的技术问题。
本发明第一方面提供了一种析氧催化剂的制备方法。
本发明第二方面提供了一种析氧催化剂。
本发明第三方面提供了一种电解装置电极。
本发明第四方面提供了一种电解装置。
具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明第一方面的技术方案提供了一种析氧催化剂的制备方法，包括对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂，析氧催化剂的原材料包括硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物，添加物包括硝酸铁或硝酸镍中的至少一个。
本发明提供的析氧催化剂的制备方法，克服现有Ruddlesden-Popper相LaSrCoO4析氧催化剂的低活性问题，采用不同的金属元素Fe或者Ni等对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化，极大降低了LaSrCoO4在电解反应过程中的过电位，提升了该催化剂的析氧活性，此外，本发明的制备方法简单，极大地节约了时间与经济成本。当然，也可以同时采用Fe元素和Ni元素对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化。
在上述技术方案中，硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比为9：11：9：1。
在该技术方案中，由于本发明的析氧催化剂的化学式为La0.9Sr1.1Co0.9Fe0.1O4，控制硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比为9：11：9：1，这样可以提高析氧催化剂的制备效率，同时也可以避免材料的浪费。
在上述技术方案中，对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂的步骤包括：将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液；向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值；加热加入碱性溶液后的混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶；将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长；冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。
在该技术方案中，在对析氧催化剂的原材料进行处理的步骤中，先将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值，再加热混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶，再将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长，最后冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。本发明方法制备的析氧催化剂，极大降低了反应过程中的过电位，提升了催化剂的析氧活性。
在上述技术方案中，碱性溶液包括氨水。
在该技术方案中，可以通过弱碱性的氨水来调节溶液的PH值至中性，这样可以保证透明的凝胶的生成效率，进而保证析氧催化剂的生产效率，避免溶液酸度过高而降低析氧催化剂的催化效果。
在上述技术方案中，第一预设值大于等于6，且小于等于7。
在该技术方案中，第一预设值大于等于6，且小于等于7，也即控制析氧催化剂的原材料的凝胶环境为中性环境，这样可以提高析氧催化剂的生产效率。
在上述技术方案中，第一预设温度大于等于300℃，且小于等于400℃。进一步的，第一预设温度等于350℃，这样可以使得组分更加均匀，且降温冷却凝固后可以研磨的更碎，提高产品催化剂的催化活性。
在上述技术方案中，第一预设时长大于等于4h，且小于等于6h。进一步的，第一预设时长等于5h，这样可以使得组分更加均匀，且降温冷却凝固后可以研磨的更碎，提高产品催化剂的催化活性。
在上述技术方案中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。
在该技术方案中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。进一步的，第二预设温度等于1200℃，也即控制烧结的温度为1200℃，这样可以确保析氧催化剂结构的致密性，确保催化效果，降低反应过程中的过电位。
在上述技术方案中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。
在该技术方案中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。进一步的，第二预设时长等于10h，也即控制烧结过程的烧结时长为10h，这样一方面可以确保烧结效果，另一方面，还可以提高制备效率。
在上述技术方案中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤中还包括：搅拌析氧催化剂的原材料，以使析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中。
在该技术方案中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤中，在通入磁力的状态下搅拌析氧催化剂的原材料，这样可以加快析氧催化剂原材料的溶解速度，进而提高制备效率。
在上述技术方案中，硝酸镧包括六水硝酸镧，硝酸钴包括六水硝酸钴。
在上述技术方案中，在添加物为硝酸铁时，硝酸铁包括九水硝酸铁。
在上述技术方案中，乙二胺四乙酸的质量与析氧催化剂的原材料的质量比大于等于0.8，且小于等于1.1。
在该技术方案中，采用乙二胺四乙酸作为分散剂可以使得颗粒不聚团，使得析氧催化剂的原材料更好的分散在溶液中，进而使得组分更加的均匀，控制乙二胺四乙酸的质量与析氧催化剂的原材料的质量比可以使得原材料具有更好的分散效果。
在上述技术方案中，柠檬酸与析氧催化剂的原材料的质量比大于等于1.2，且小于等于1.5。
在该技术方案中，控制柠檬酸与析氧催化剂的原材料的质量比大于等于1.2，且小于等于1.5，这样可以使得析氧催化剂的原材料形成络合物，而柠檬酸的质量决定着络合效果的好坏，决定溶胶的好坏。本发明控制柠檬酸与析氧催化剂的原材料的质量比可以具有更加的络合效果，提高成品催化剂的催化性能。
在上述技术方案中，乙二胺四乙酸和柠檬酸的质量比大于等于0.6，且小于等于0.85，这样可以最大化的提高析氧催化剂的原材料的分散效果以及络合效果，同时也避免了材料的浪费。
本发明第二方面提供了一种析氧催化剂，析氧催化剂是根据本发明第一方面任一项技术方案的析氧催化剂的制备方法制备而成。
本发明第三方面提供了一种电解装置电极，是通过本发明第二方面技术方案的析氧催化剂制备而成。
本发明第四方面提供了一种电解装置，包括本发明第三方面技术方案的电解装置电极。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的析氧催化剂的制备方法的制备流程示意图之一；
图2为本发明实施例提供的析氧催化剂的制备方法的制备流程示意图之二；
图3为本发明实施例提供的析氧催化剂的制备方法的制备流程示意图之三；
图4为本发明对比例提供的析氧催化剂的制备方法的制备流程示意图；
图5为本发明实施例提供的析氧催化剂的制备方法的制备流程示意图之四；
图6为本发明实施例提供的析氧催化剂的制备方法的制备流程示意图之五；
图7为本发明一个实施例提供的电解装置电极的X射线衍射图；
图8为本发明另一个实施例提供的电解装置电极的X射线衍射图；
图9为本发明实施例提供的电解装置的示意性方框图。
其中，图9中的零部件名称与标号的对应关系如下：
1电解装置，12电解装置电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明的一个实施例提供了一种析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S102：对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂，析氧催化剂的原材料包括硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物，添加物包括硝酸铁或硝酸镍中的至少一个。
本发明提供的析氧催化剂的制备方法，克服现有Ruddlesden-Popper相LaSrCoO4析氧催化剂的低活性问题，采用不同的金属元素Fe或者Ni等对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化，极大降低了LaSrCoO4在电解反应过程中的过电位，提升了该催化剂的析氧活性，此外，本发明的制备方法简单，极大地节约了时间与经济成本。当然，也可以同时采用Fe元素和Ni元素对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化。
在上述实施例中，硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比为9：11：9：1。
在该实施例中，由于本发明的析氧催化剂的化学式为La0.9Sr1.1Co0.9Fe0.1O4，控制硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比为9：11：9：1，这样可以提高析氧催化剂的制备效率，同时也可以避免材料的浪费。
在上述实施例中，对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂的步骤包括：将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液；向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值；加热加入碱性溶液后的混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶；将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长；冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。
在该实施例中，在对析氧催化剂的原材料进行处理的步骤中，先将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值，再加热混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶，再将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长，最后冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。本发明方法制备的析氧催化剂，极大降低了反应过程中的过电位，提升了催化剂的析氧活性。
在上述实施例中，碱性溶液包括氨水。
在该实施例中，可以通过弱碱性的氨水来调节溶液的PH值至中性，这样可以保证透明的凝胶的生成效率，进而保证析氧催化剂的生产效率，避免溶液酸度过高而降低析氧催化剂的催化效果。
在上述实施例中，第一预设值大于等于6，且小于等于7。
在该实施例中，第一预设值大于等于6，且小于等于7，也即控制析氧催化剂的原材料的凝胶环境为中性环境，这样可以提高析氧催化剂的生产效率。
在上述实施例中，第一预设温度大于等于300℃，且小于等于400℃。进一步的，第一预设温度等于350℃，这样可以使得组分更加均匀，且降温冷却凝固后可以研磨的更碎，提高产物催化剂的催化活性。
在上述实施例中，第一预设时长大于等于4h，且小于等于6h。进一步的，第一预设时长等于5h，这样可以使得组分更加均匀，且降温冷却凝固后可以研磨的更碎，提高产物催化剂的催化活性。
在上述实施例中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。
在该实施例中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。进一步的，第二预设温度等于1200℃，也即控制烧结的温度为1200℃，这样可以确保析氧催化剂结构的致密性，确保催化效果，降低反应过程中的过电位。
在上述实施例中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。
在该实施例中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。进一步的，第二预设时长等于10h，也即控制烧结过程的烧结时长为10h，这样一方面可以确保烧结效果，另一方面，还可以提高制备效率。
在上述实施例中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤具体包括：搅拌析氧催化剂的原材料，以使析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中。
在该实施例中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤中，在通入磁力的状态下搅拌析氧催化剂的原材料，这样可以加快析氧催化剂原材料的溶解速度，进而提高制备效率。
在上述实施例中，硝酸镧包括六水硝酸镧，硝酸钴包括六水硝酸钴。
在上述实施例中，在添加物为硝酸铁时，硝酸铁包括九水硝酸铁。
在上述实施例中，乙二胺四乙酸的质量与析氧催化剂的原材料的质量比大于等于0.8，且小于等于1.1。
在该实施例中，采用乙二胺四乙酸作为分散剂可以使得颗粒不聚团，使得析氧催化剂的原材料更好的分散在溶液中，进而使得组分更加的均匀，控制乙二胺四乙酸的质量可以使得原材料具有更好的分散效果。
在上述实施例中，柠檬酸与析氧催化剂的原材料的质量比大于等于1.2，且小于等于1.5。
在该实施例中，控制柠檬酸与析氧催化剂的原材料的质量比大于等于1.2，且小于等于1.5，这样可以使得析氧催化剂的原材料形成络合物，而柠檬酸的质量决定着络合效果的好坏，决定溶胶的好坏，本发明控制柠檬酸与析氧催化剂原材料的质量比可以具有更好的络合效果，提高成品催化剂的催化性能。
在上述实施例中，乙二胺四乙酸和柠檬酸的质量比大于等于0.6，且小于等于0.85，这样可以最大化的提高析氧催化剂的原材料的分散效果以及络合效果，同时也避免了材料的浪费。
参见图2，本发明第二个实施例提供了一种析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S202：分别按一定计量比称取La(NO3)3·6H2O、Co(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)3和Fe(NO3)3.9H2O；
S204：将上述反应物溶解在20ml去离子水中，并加以磁力搅拌直至形成均匀溶液；
S206：在上述溶液中加入1.16g乙二胺四乙酸，再加入1.5g柠檬酸并搅拌；
S208：再用氨水溶液将上述溶液的PH调节至6至7；
S210：将上述溶液在搅拌条件下加热直至得到颜色均一且透明的凝胶；
S212：将上述凝胶转移至磁舟，在350℃下持续5h；
S214：将上述凝胶冷却后将其研磨，再在1200℃下煅烧10h，得到析氧催化剂。
本实施例通过掺杂金属元素Fe，得到的样品La0.9Sr1.1Co0.9Fe0.1O4的X射线衍射图如图7所示。
参见图3，本发明第三个实施例提供了一种析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S302：分别按一定计量比称取La(NO3)3·6H2O,Co(NO3)3·6H2O、Sr(NO3)3和Ni(NO3)3；
S304：将上述反应物溶解在20ml去离子水中，并加以磁力搅拌直至形成均匀溶液；
S306：在上述溶液中加入1.16g乙二胺四乙酸，再加入1.5g柠檬酸并搅拌；
S308：再用氨水溶液将上述溶液的pH调节至6至7；
S310：将上述溶液在搅拌条件下加热直至得到颜色均一且透明的凝胶；
S312：将上述凝胶转移至磁舟，在350℃下持续5h；
S314：将上述凝胶冷却后将其研磨，再在1200℃下煅烧10h，得到析氧催化剂。
本实施例通过掺杂金属元素Ni，得到的样品La0.9Sr1.1Co0.9Ni0.1O4的X射线衍射图，如图8所示。
参见图4，本发明一个对比例提供了一种析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S402：分别按一定计量比称取La(NO3)3·6H2O、Co(NO3)3·6H2O和Sr(NO3)3；
S404：将上述反应物溶解在20ml去离子水中，并加以磁力搅拌直至形成均匀溶液；
S406：在上述溶液中加入1.16g乙二胺四乙酸，再加入1.5g柠檬酸并搅拌；
S408：再用氨水溶液将上述溶液的pH调节至6至7；
S410：将上述溶液在搅拌条件下加热直至得到颜色均一且透明的凝胶；
S412：将上述凝胶转移至磁舟，在350℃下持续5h；
S414：将上述凝胶冷却后将其研磨，再在1200℃下煅烧10h，得到析氧催化剂LaSrCoO4。
电解水测试：
将对比例制备的LaSrCoO4称取5mg，与5mg碳粉一起混合溶解于含有750μl去离子水、250μl异丙醇和40μl萘芬的混合溶液中，滚磨12h，吸取8μl上述溶液后，均匀涂覆在已打磨好的玻碳电极上用作待测试的工作电极。
将上述第二个实施例和第三个实施例中得到的不同的金属元素Fe和Ni改性的析氧催化剂各称取5mg，与5mg碳粉一起混合溶解于含有750μl去离子水、250μl异丙醇和40μl萘芬的混合溶液中，滚磨12h，吸取8μl上述溶液后，均匀涂覆在已打磨好的玻碳电极上用作待测试的工作电极，用于标准的电解水测试。
根据对比例制备的LaSrCoO4与上述两个不同的实施例分别制备的La0.9Sr1.1Co0.9Ni0.1O4和La0.9Sr1.1Co0.9Fe0.1O4的电解水测试试验可得，本发明制备的La0.9Sr1.1Co0.9Ni0.1O4和La0.9Sr1.1Co0.9Fe0.1O4作为催化剂催化电解水制氢时的过电位分别为250mV@10mA/cm2左右，能量转化效率为50%，而对比例制备的LaSrCoO4作为催化剂催化电解水制氢时的过电位为320mV@10mA/cm2，能量转化效率为30%，可见，本发明通过金属元素Fe或者Ni对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化后，极大降低了LaSrCoO4在电解反应过程中的过电位，提升了该催化剂的析氧活性。
参见图5，本发明的另一个实施例提供了一种析氧催化剂的制备方法，与上述实施例均不同的是采取不同的硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比，具体包括如下步骤：
S502：对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂，析氧催化剂的原材料包括硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物，添加物包括硝酸铁或硝酸镍中的至少一个，其中，硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比为9：11：9：1.5。
本发明提供的析氧催化剂的制备方法，克服现有Ruddlesden-Popper相LaSrCoO4析氧催化剂的低活性问题，采用不同的金属元素Fe或者Ni等对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化，极大降低了LaSrCoO4在电解反应过程中的过电位，提升了该催化剂的析氧活性，此外，本发明的制备方法简单，极大地节约了时间与经济成本。当然，也可以同时采用Fe元素和Ni元素对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化。
在上述实施例中，对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂的步骤包括：将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液；向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值；加热加入碱性溶液后的混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶；将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长；冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。
在该实施例中，在对析氧催化剂的原材料进行处理的步骤中，先将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值，再加热混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶，再将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长，最后冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。本发明方法制备的析氧催化剂，极大降低了反应过程中的过电位，提升了催化剂的析氧活性。
在上述实施例中，碱性溶液包括氨水。
在该实施例中，可以通过弱碱性的氨水来调节溶液的PH值至中性，这样可以保证透明的凝胶的生成效率，进而保证析氧催化剂的生产效率，避免溶液酸度过高而降低析氧催化剂的催化效果。
在上述实施例中，第一预设值大于等于6，且小于等于7。
在该实施例中，第一预设值大于等于6，且小于等于7，也即控制析氧催化剂的原材料的凝胶环境为中性环境，这样可以提高析氧催化剂的生产效率。
在上述实施例中，第一预设温度大于等于300℃，且小于等于400℃。
在上述实施例中，第一预设时长大于等于4h，且小于等于6h。
在上述实施例中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。
在该实施例中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。进一步的，第二预设温度等于1200℃，也即控制烧结的温度为1200℃，这样可以确保析氧催化剂结构的致密性，确保催化效果，降低反应过程中的过电位。
在上述实施例中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。
在该实施例中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。进一步的，第二预设时长等于10h，也即控制烧结过程的烧结时长为10h，这样一方面可以确保烧结效果，另一方面，还可以提高制备效率。
在上述实施例中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤具体包括：搅拌析氧催化剂的原材料，以使析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中。
在该实施例中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤中，在通入磁力的状态下搅拌析氧催化剂的原材料，这样可以加快析氧催化剂原材料的溶解速度，进而提高制备效率。
在上述实施例中，硝酸镧包括六水硝酸镧，硝酸钴包括六水硝酸钴。
在上述实施例中，在添加物为硝酸铁时，硝酸铁包括九水硝酸铁。
参见图6，本发明的另一个实施例提供了一种析氧催化剂的制备方法，与上述实施例均不同的是采取不同的硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比，具体包括如下步骤：
S602：对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂，析氧催化剂的原材料包括硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物，添加物包括硝酸铁或硝酸镍中的至少一个，其中，硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物的摩尔比为9：11：9：0.5。
本发明提供的析氧催化剂的制备方法，克服现有Ruddlesden-Popper相LaSrCoO4析氧催化剂的低活性问题，采用不同的金属元素Fe或者Ni等对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化，极大降低了LaSrCoO4在电解反应过程中的过电位，提升了该催化剂的析氧活性，此外，本发明的制备方法简单，极大地节约了时间与经济成本。当然，也可以同时采用Fe元素和Ni元素对Ruddlesden-Popper相的LaSrCoO4结构进行优化。
在上述实施例中，对析氧催化剂的原材料进行处理，得到析氧催化剂的步骤包括：将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液；向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值；加热加入碱性溶液后的混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶；将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长；冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。
在该实施例中，在对析氧催化剂的原材料进行处理的步骤中，先将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液，然后向混合溶液中加入碱性溶液，以调节混合溶液的PH值至第一预设值，再加热混合溶液至混合溶液中生成透明状态的凝胶，再将凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长，最后冷却凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到析氧催化剂。本发明方法制备的析氧催化剂，极大降低了反应过程中的过电位，提升了催化剂的析氧活性。
在上述实施例中，碱性溶液包括氨水。
在该实施例中，可以通过弱碱性的氨水来调节溶液的PH值至中性，这样可以保证透明的凝胶的生成效率，进而保证析氧催化剂的生产效率，避免溶液酸度过高而降低析氧催化剂的催化效果。
在上述实施例中，第一预设值大于等于6，且小于等于7。
在该实施例中，第一预设值大于等于6，且小于等于7，也即控制析氧催化剂的原材料的凝胶环境为中性环境，这样可以提高析氧催化剂的生产效率。
在上述实施例中，第一预设温度大于等于300℃，且小于等于400℃。
在上述实施例中，第一预设时长大于等于4h，且小于等于6h。
在上述实施例中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。
在该实施例中，第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。进一步的，第二预设温度等于1200℃，也即控制烧结的温度为1200℃，这样可以确保析氧催化剂结构的致密性，确保催化效果，降低反应过程中的过电位。
在上述实施例中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。
在该实施例中，第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。进一步的，第二预设时长等于10h，也即控制烧结过程的烧结时长为10h，这样一方面可以确保烧结效果，另一方面，还可以提高制备效率。
在上述实施例中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤具体包括：搅拌析氧催化剂的原材料，以使析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中。
在该实施例中，将析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤中，在通入磁力的状态下搅拌析氧催化剂的原材料，这样可以加快析氧催化剂原材料的溶解速度，进而提高制备效率。
在上述实施例中，硝酸镧包括六水硝酸镧，硝酸钴包括六水硝酸钴。
在上述实施例中，在添加物为硝酸铁时，硝酸铁包括九水硝酸铁。
本发明第二方面提供了一种析氧催化剂，析氧催化剂是根据本发明第一方面任一项技术方案的析氧催化剂的制备方法制备而成。
本发明第三方面提供了一种电解装置电极12，是通过本发明第二方面技术方案的析氧催化剂制备而成。
参见图9，本发明第四方面提供了一种电解装置1，包括本发明第三方面技术方案的电解装置电极12。
虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。
由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (20)
1.一种析氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
对所述析氧催化剂的原材料进行处理，得到所述析氧催化剂；
所述析氧催化剂的原材料包括硝酸镧、硝酸钴、硝酸锶和添加物，所述添加物包括硝酸铁或硝酸镍中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，
所述硝酸镧、所述硝酸钴、所述硝酸锶和所述添加物的摩尔比为9：11：9：1。
3.根据权利要求1所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述对所述析氧催化剂的原材料进行处理，得到所述析氧催化剂的步骤包括：
将所述析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中，并加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，得到混合溶液；
向所述混合溶液中加入碱性溶液，以调节所述混合溶液的PH值至第一预设值；
加热加入碱性溶液后的所述混合溶液至所述混合溶液中生成透明状态的凝胶；
将所述凝胶放置在加热容器中，加热至第一预设温度，并保温第一预设时长；
冷却所述凝胶，并在第二预设温度下烧结第二预设时长，得到所述析氧催化剂。
4.根据权利要求3所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液包括氨水。
5.根据权利要求3所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一预设值大于等于6，且小于等于7。
6.根据权利要求3所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度大于等于300℃，且小于等于400℃。
7.根据权利要求6所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度等于350℃。
8.根据权利要求3所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一预设时长大于等于4h，且小于等于6h。
9.根据权利要求8所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第一预设时长等于5h。
10.根据权利要求3所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第二预设温度大于等于1000℃，且小于等于1400℃。
11.根据权利要求10所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第二预设温度等于1200℃。
12.根据权利要求3所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第二预设时长大于等于8h，且小于等于12h。
13.根据权利要求12所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述第二预设时长等于10h。
14.根据权利要求3所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述将所述析氧催化剂的原材料溶解在去离子水中的步骤中还包括：
搅拌所述析氧催化剂的原材料，以使所述析氧催化剂的原材料溶解在所述去离子水中。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，
所述硝酸镧包括六水硝酸镧，所述硝酸钴包括六水硝酸钴。
16.根据权利要求15所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，在所述添加物包括硝酸铁时，所述硝酸铁包括九水硝酸铁。
17.根据权利要求3至14中任一项所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，
所述乙二胺四乙酸的质量与所述析氧催化剂的原材料的质量比大于等于0.8，且小于等于1.1；
所述柠檬酸与所述析氧催化剂的原材料的质量比大于等于1.2，且小于等于1.5。
18.一种析氧催化剂，其特征在于，
所述析氧催化剂是通过如权利要求1至17中任一项所述的析氧催化剂的制备方法制备而成。
19.一种电解装置电极，其特征在于，所述电解装置电极是通过如权利要求18所述的析氧催化剂制备而成的。
20.一种电解装置，其特征在于，包括：
如权利要求19所述的电解装置电极。
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| CN113145122A (zh) * | 2020-01-22 | 2021-07-23 | 天津大学 | 一种复合金属氧化物催化剂及其制备方法和在催化氮氧化物直接分解中的应用 |
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