本發(fā)明屬于但不限于催化劑，尤其涉及一種基于射流等離子體處理的析氧催化劑的制備方法及應用。

背景技術：

1、傳統(tǒng)化石資源枯竭引發(fā)能源、環(huán)境危機，能源結構轉型迫在眉睫。氫能是一種高熱值無污染的新能源，在眾多領域具有廣泛應用，通過電解水制氫是緩解能源危機以及減少碳排放的有效途徑，但電解水中的陽極析氧反應(oer)涉及復雜的四電子轉移過程，過電位較高，限制了產氫效率。長期以來，電解水催化劑主要為ir、ru等貴金屬氧化物，儲量低成本高，難以實現(xiàn)大規(guī)模應用，因此研究開發(fā)新型高效的析氧反應催化劑勢在必行。

2、傳統(tǒng)的析氧催化劑合成方法，如高溫固相反應、濕化學法和熱分解法，通常需要高溫高壓條件，能耗巨大，且反應過程復雜，難以控制催化劑的形貌和尺寸。這些方法容易導致催化劑顆粒團聚，活性位點減少，進而降低催化效率。此外，傳統(tǒng)方法制備的含鉛催化劑在循環(huán)使用過程中穩(wěn)定性較差，易發(fā)生結構變化，導致性能衰減。

3、射流等離子體技術作為一種先進的材料制備手段，已在納米材料合成領域展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。例如，等離子體輔助化學氣相沉積(pacvd)和等離子體噴涂技術已被用于制備高性能的催化材料。利用射流等離子體技術，可以在較低溫度下產生高能活性粒子，使反應物迅速形成納米級的催化劑顆粒。這種方法不僅能有效控制催化劑的粒徑和形貌，增加比表面積和活性位點數(shù)量，還能提高催化劑的分散性和穩(wěn)定性。

4、通過射流等離子體技術制備的析氧催化劑，具有更高的催化活性和更長的使用壽命。這是由于射流等離子體環(huán)境下生成的催化劑具有獨特的表面結構和電子特性，有利于氧分子的吸附和活化，促進析氧反應的進行。此外，射流等離子體方法制備的催化劑在成分上實現(xiàn)調控，可引入其他元素進行摻雜，進一步提升催化性能。例如，摻雜鈷、鎳等過渡金屬可以改善催化劑的導電性和穩(wěn)定性。

5、相比之下，傳統(tǒng)技術存在的主要問題包括能耗高、過程復雜、產品不均一和環(huán)境污染等。高溫條件不僅增加了能源消耗，還引發(fā)安全隱患。復雜的反應過程使得催化劑的重復制備性差，影響工業(yè)化應用。而一些濕化學方法涉及有毒試劑，帶來環(huán)境和健康風險。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于射流等離子體處理的析氧催化劑的制備方法及應用。

2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于射流等離子體處理的析氧催化劑的制備方法，包括以下步驟：

3、步驟一，稱取一定量氧化鉛、硫酸亞鐵、硝酸鎳、硫脲、石墨烯，加入至10ml去離子水中；室溫條件下超聲處理30min，得到混合液；

4、步驟二，將步驟一的混合液冷凍干燥24h，得到粉末樣品；

5、步驟三，稱取步驟二的樣品均勻平鋪于平底玻璃容器中，將平底玻璃容器置于射流等離子體放電羽流區(qū)域內；

6、步驟四，切割泡沫鎳，分別用3mol/l鹽酸溶液、乙醇和去離子水超聲處理30min，室溫靜置12h；

7、步驟五，稱取步驟三制得的催化劑加入乙醇和5％wt?nafion溶液中，超聲處理30min使其混合均勻；

8、步驟六，將步驟五中的溶液均勻涂敷于步驟四處理后的泡沫鎳中，室溫靜置12h，得到pb-nife/g/nf催化劑。

9、進一步，步驟一中氧化鉛223.2mg，硫酸亞鐵為278mg，硝酸鎳為290mg，硫脲為304.5mg，石墨烯為100mg。

10、進一步，步驟二中冷凍干燥的條件為-80℃，20pa。

11、進一步，步驟三中放電氣體為氬氣，氣體流速為50sccm，射頻放電功率為100w，處理時間為45min。

12、進一步，步驟四中泡沫鎳的尺寸為1cm×1cm×1mm。

13、進一步，步驟五中將10mg催化劑加入400μl乙醇和40μl?5％wt?nafion溶液中。

14、本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于射流等離子體處理的析氧催化劑的制備方法所制備的基于射流等離子體處理的析氧催化劑。

15、本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于射流等離子體處理的析氧催化劑在電解水催化中的應用。

16、本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于射流等離子體處理的析氧催化劑在空氣電池催化中的應用。

17、結合上述的技術方案和解決的技術問題，本發(fā)明所要保護的技術方案所具備的優(yōu)點及積極效果為：

18、第一、本發(fā)明通過射流等離子體對石墨烯進行表面處理，進而使過渡金屬負載于石墨烯中，同時將部分pbo2還原為pb，有效提高了析氧催化劑的合成效率且無含毒副產物產生，提高析氧反應催化劑性能。

19、本發(fā)明利用射流等離子體技術，可在溫和的條件下實現(xiàn)高效催化劑的制備，減少能源消耗和環(huán)境污染。這符合當前綠色化學和可持續(xù)發(fā)展的理念。此外，等離子體制備方法具有工藝簡單、可控性強、適合大規(guī)模生產等優(yōu)點，為高效析氧催化劑的工業(yè)化應用提供了可行性。

20、第二，本發(fā)明的技術方案轉化后的預期收益和商業(yè)價值為：

21、①隨著全球對清潔能源和可再生能源的需求日益增長，高效析氧催化劑在新能源、電化學儲能和環(huán)境治理等領域有廣泛應用前景。本發(fā)明的技術可滿足市場對高性能、低成本催化劑的迫切需求。

22、②本發(fā)明可提升催化劑的性能。通過等離子體的摻雜和刻蝕作用，催化劑表面形成豐富的活性位點和孔隙結構，增強了電子傳輸和物質傳遞效率。這使得催化劑在電解水制氫等能源轉換領域表現(xiàn)出更高的電催化活性和穩(wěn)定性。同時，等離子體處理有望降低生產成本，射流等離子體處理過程快速高效，可在常溫常壓下進行，減少了能源消耗和設備投入，該工藝可使用廉價的原材料，進一步降低生產成本。

23、第三，本發(fā)明通過射流等離子體處理制備析氧催化劑，解決了現(xiàn)有技術中存在的一些關鍵問題，并在催化劑的性能和產業(yè)應用方面取得了顯著的技術進步。具體技術問題及改進包括：

24、1.提高催化劑活性：

25、傳統(tǒng)的析氧催化劑在反應活性上存在一定局限，而本發(fā)明通過使用射流等離子體處理技術，可以在低溫條件下有效增強催化劑的表面活性，優(yōu)化其電子結構，進而顯著提高催化劑的析氧反應效率。

26、2.提升穩(wěn)定性：

27、通過在催化劑表面構建具有高穩(wěn)定性的pb-nife/g/nf復合材料，本發(fā)明能夠提高催化劑在長期使用過程中的結構穩(wěn)定性，減少反應過程中活性位點的流失，提高催化劑的使用壽命。

28、3.簡化制備工藝，節(jié)約能源：

29、相較于傳統(tǒng)的高溫煅燒工藝，本發(fā)明采用低溫冷凍干燥與射流等離子體處理的結合工藝，在室溫條件下能夠完成催化劑的高效制備，減少了能源消耗和反應時間，簡化了工藝步驟，提高了生產效率。

30、4.提高催化劑的分散性：

31、通過加入石墨烯作為導電性增強劑，結合射流等離子體處理，本發(fā)明制備的催化劑能夠實現(xiàn)較為均勻的分散，進一步提高了催化劑與反應物的接觸面積，從而增強了析氧反應性能。

32、5.增強產業(yè)應用的可行性：

33、本發(fā)明制備的pb-nife/g/nf催化劑不僅在實驗室中表現(xiàn)出優(yōu)異的析氧催化性能，還具備良好的規(guī)?；a潛力，適用于工業(yè)電解水、能源儲存等領域，推動了該領域的技術進步。

34、綜上所述，本發(fā)明通過創(chuàng)新性地引入射流等離子體處理技術，不僅解決了現(xiàn)有析氧催化劑在活性、穩(wěn)定性及制備工藝上的問題，還顯著提升了催化劑在產業(yè)應用中的性能，具備重要的商業(yè)化應用前景。

35、第四，本發(fā)明的主要參數(shù)包括催化劑制備中涉及的物料和工藝條件。首先，所用的氧化鉛、硫酸亞鐵、硝酸鎳、硫脲和石墨烯的具體配比精準，確保了反應物的均勻分布和良好的協(xié)同作用。其次，在冷凍干燥步驟中，采用-80℃和20pa的條件，使得所得粉末樣品具備高純度和良好的結構穩(wěn)定性。最后，通過射流等離子體處理，氬氣流速為50sccm，射頻放電功率為100w，處理時間為45分鐘，這些參數(shù)的精確控制確保了催化劑表面均勻活化，提升了其電化學性能。

36、本發(fā)明解決了現(xiàn)有析氧催化劑在產業(yè)應用中的多個技術難題。傳統(tǒng)的析氧催化劑往往存在較高的反應過電位，導致反應效率低，此外，催化劑的結構在長期運行中容易出現(xiàn)失活和分解。通過采用射流等離子體處理技術，本發(fā)明顯著降低了催化劑的過電位，同時提高了其在復雜工況下的長期穩(wěn)定性，解決了催化劑活性不穩(wěn)定的問題。此外，石墨烯的加入進一步增強了導電性，使得催化劑的整體性能得到提升。

37、本發(fā)明的顯著技術進步之一是大幅提高了析氧反應的效率。與傳統(tǒng)的析氧催化劑相比，本發(fā)明制備的pb-nife/g/nf催化劑能夠在較低的電位下進行高效的析氧反應，有效降低了能源消耗。其穩(wěn)定性在長期電化學運行中表現(xiàn)優(yōu)異，能夠承受上千小時的連續(xù)反應而不失效，大大減少了維護成本和更換頻率，尤其在電解水和空氣電池的工業(yè)應用中具備顯著的經濟效益。

38、另外，本發(fā)明的制備方法簡化了工藝流程，降低了生產成本，同時也提高了催化劑的制備效率。與傳統(tǒng)的高溫煅燒技術不同，本發(fā)明采用低溫冷凍干燥與射流等離子體處理的結合，不僅能耗更低，而且操作條件更為溫和，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產。這些技術進步使得本發(fā)明在新能源領域具有廣泛的應用前景，推動了電解水制氫和空氣電池等產業(yè)的技術升級。