本技术涉及OER催化剂技术领域,提供了一种高效合成Co2Mn0.1Ru0.9O4纳米结构的方法,并探讨了其在氧进化反应(OER)中的潜在应用。该方法具有制备简单、成本低廉、性能优异等特点,有望推动OER催化剂技术的发展。
背景技术
太阳能和风能等可再生能源被认为是实现环境友好型和可持续电力生产的有前景的方法。然而,太阳能和风能都具有间歇性可用性。因此,为了弥合能源供需之间的差距,需要大规模的储能解决方案。通过水或二氧化碳的催化氧化生成的分子燃料,如氧气、氢气或碳氢化合物,可以作为替代能源。贵金属如铂(Pt)被认为是水分解阴极部分(即水还原为氢气)的理想催化剂。然而,阳极部分(需要在强酸性条件下将水氧化为分子氧,即氧析出反应(OER))通常由铱(Ir)或钌(Ru)催化,但寻找一种活性高、稳定性好且成本低廉的催化剂仍然是一个重大挑战。尽管在非贵金属催化剂方面取得了显著成就,但最大的问题是与钌和铱催化剂相比,它们在OER中的表现仍然不足。由于OER在碱性和酸性介质中都面临极强的腐蚀性和侵蚀性条件,因此目前仍没有足够稳定和活跃的非贵金属催化剂。在此,我们报道了Co2
Mn0.1
Ru0.9
O4
的制备,它在碱性条件下展现出卓越的电催化OER性能,具有极低的过电位(250mV)和更长的稳定性。
水电解可以根据所用电解质分为三种主要类型:碱性水电解(AWE)、固体氧化物电解(SOE)和质子交换膜(PEM)电解。在这些类型中,PEM电解因其相对于AWE的优势而在可再生能源储存中脱颖而出,例如更低的能量损耗、更高的效率、更纯净的气体、更紧凑的设计、更高的电流密度、更快的响应速度和更少的气体交叉。然而,PEM电解在阳极上的氧气析出反应(OER)缓慢,导致效率降低,因此开发更好的OER催化剂至关重要。
在PEM水电解(PEMWE)中对高效OER的需求促使研究人员开发高活性、成本效益高且耐用的催化剂。然而,常见金属在酸性环境中容易腐蚀。因此,研究人员重点研究铂族金属,因为它们具有良好的抗酸性。研究表明,成分和结晶度等因素对OER性能有关键影响。
铱(Ir)基和钌(Ru)基氧化物是酸性条件下氧气析出反应(OER)的最佳催化剂。虽然RuO2
具有更高的催化活性,但由于在酸性环境中的溶解性更大,其稳定性低于IrO2
。RuO2
的溶解量是IrO2
的30倍,这使得IrO2
更加稳定,并广泛应用于PEM电解。然而,IrO2
的有限供应限制了其广泛应用。
鉴于上述分析,现有技术存在的急需解决的技术问题为:需要一种替代催化剂,以取代PEM水电解中的IrO2
作为阳极材料。
实现思路