CN110055555B - 析氧反应催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种析氧反应催化剂其制备方法和应用。所述析氧反应催化剂为Y2‑xMxRu2O7，其中，M为Pr或Zn，且0<x<2。其制备方法包括配制包括Y盐、M盐和Ru盐的混合溶液、向混合溶液中加入金属离子配合物进行配体反应制备Y2Ru2O7前驱体、对所述Y2Ru2O7前驱体煅烧处理等步骤。所述析氧反应催化剂贵重金属含量低，导电率高，析氧催化活性高，催化性能稳定。且其制备方法工艺条件易控，可重复性好，生产效率高。所述析氧反应催化剂能够在制备析氧反应电极、电化学装置和由水生成氢气和氧气的方法中应用，从而提高水生成氢气和氧气的效率高，降低经济成本。

Description

析氧反应催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种析氧反应催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
氢气作为重要的二次能源，在人类社会未来能源格局中具有广泛的应用前景。氢气本身是清洁高效的能量载体，以燃料电池的电转气技术为核心结点，利用风能、太阳能等间歇型可再生能源发电进行氢气制备，可以满足亟需的大规模清洁能源转化及存储需求。
电转气技术（Power to gas，常缩写为P2G 或 PtG），是利用电力转换为气体燃料的技术，是近年来兴起的一种与清洁能源特别是间歇式可再生能源发电紧密结合的新型大规模工业化电解水制氢技术。电转气技术的关键是将电力通过电解的方式将水分解为氧气和氢气。氢气可以作为储存能量的手段，所以这种用途也被成为氢储能。以风电制氢储能技术为例，其核心思想是当风电充足但无法上网、需要弃风时，利用风电将水电解制成氢气和氧气，并将氢气作为能源载体储存起来；当需要电能时，将储存的氢气通过不同方式（内燃机、燃料电池或其他方式）转换为电能输送上网。相比传统的碱性电解水制氢技术，质子交换膜(PEM)电解水具有效率高、动态响应速度快、电流密度工作范围大、模块化设计、规模可大可小等优点，更适合智能电网储能技术。
氧析出反应（OER）在水分解生产氢气过程中起到关键作用。尽管通过研究人员的努力，提高了电解水的性能，但氧析出反应电催化剂仍然存在反应动力学缓慢以及在酸性环境中稳定性低的问题。大多数有催化活性的氧化物在苛刻的酸性条件下都不稳定。钌（Ru）和铱（Ir）氧化物是酸性介质中最好的两种OER催化剂。氧化钌虽然具有较高的活性，但其长期稳定性不佳，目前主流的商业OER催化剂大多采用氧化铱。但钌和铱都是贵金属，价格昂贵，其大量使用不利于电解水制氢技术成本的降低。为加快PEM电解水制氢的产业化发展，降低膜电极中贵金属的含量尤为重要。目前，析氧反应电催化剂研究的最大挑战是寻找一种具有高电催化活性、同时在酸性及高析氧电位下不受腐蚀的电催化材料。
为了降低贵重金属的含量以实现氧析出反应电催化剂的经济成本，目前也有尝试降低贵重金属含量的电催化剂，但是在实际应用的中发现，随着贵重金属的含量降低，氧析出反应电催化剂相应的出现电导率较低，不利于催化反应过程的电子转移过程，从而导致催化活性不高的问题出现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种析氧反应催化剂及其制备方法和应用，以解决现有析氧反应催化剂采用贵金属导致成本高，稳定性不理想，或者现有第贵重金属含量，但是电导率较低的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种析氧反应催化剂。所述析氧反应催化剂为Y2-xMxRu2O7，其中，M为Pr或Zn，且0<x<2。
本发明另一方面，提供了一种析氧反应催化剂的制备方法。所述析氧反应催化剂的制备方法包括如下步骤：
按照Y2-xMxRu2O7中Y、M和Ru元素的摩尔比，将Y盐、M盐和Ru盐进行溶解，配制混合溶液；其中，M为Pr或Zn，且0<x<2；
向所述混合溶液中添加金属离子配合物进行配体反应，然后除去混合溶液中的溶剂，得到固体混合物；
将所述固体混合物进行粉化处理后于含氧气氛中进行煅烧处理。
本发明再一方面，提供了一种析氧反应电极。所述析氧反应电极包括本发明析氧反应催化剂或由本发明制备方法制备的析氧反应催化剂。
本发明又一方面，提供了一种电化学装置，所述电化学装置包括阳极和阴极，所述阳极为本发明析氧反应电极。
本发明还一方面，提供了一种由水生成氢气和氧气的方法。所述方法包括如下步骤：
提供与本发明电化学装置所含的所述阳极接触的水；
对所述电化学装置通电，以分别在所述阴极和阳极上将所述水的至少一部分转化成氢气和氧气。
本发明析氧反应催化剂采用Y2-xMxRu2O7作为电催化剂，具体是采用M掺杂烧绿石结构的Y2Ru2O7，一方面所述析氧反应催化剂导电率良好，有效提高了其催化活性，而且在酸性环境稳定性高；另一方面，有效降低Y的含量，有效降低了贵重金属的含量，降低了其经济成本。
本发明析氧反应催化剂的制备方法将含有Y、M和Ru离子溶液采用溶胶凝胶法制备所述析氧反应催化剂的前驱体，后直接进行煅烧处理。因此，所述制备方法使得煅烧获得的析氧反应催化剂贵重金属含量低，导电率高，析氧催化活性，而且能够保证析氧反应催化剂催化性能稳定。另外，所述制备方法工艺条件易控，可重复性好，生产效率高，有效降低了生产成本。
本发明析氧反应电极和电化学装置由于含有本发明析氧反应催化剂或本发明制备方法制备的析氧反应催化剂，因此，本发明析氧反应电极和电化学装置析氧率高，而且成本低。
本发明由水生成氢气和氧气的方法由于采用本发明电化学装置，因此，水生成氢气和氧气的效率高，经济成本低。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是实施例11提供的实施例11提供的Y1.8Pr0.2Ru2O7和对比例11制备的Y2Ru2O7的X射线粉末衍射曲线图；
图2是实施例实施例11提供的Y1.8Pr0.2Ru2O7、对比例11提供的Y2Ru2O7催化剂和对比例12提供的商业IrO2的极化曲线图；
图3是实施例实施例12提供的Y1.85Zn0.15Ru2O7、对比例11提供的Y2Ru2O7催化剂和对比例12提供的商业IrO2的极化曲线图；
图4是实施例11提供的Y1.8Pr0.2Ru2O7、对比例11提供的Y2Ru2O7催化剂和对比例12提供的商业IrO2的稳定性测试图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种析氧反应催化剂。所述析氧反应催化剂为Y2- xMxRu2O7，其中，M为Pr或Zn，且0<x<2。这样，所述析氧反应催化剂以烧绿石结构的Y2Ru2O7为基础，采用Pr或Zn进行掺杂，一方面有效提高了Y2Ru2O7的导电率，即是所述Y2-xMxRu2O7具有优异的导电率，提高了其催化反应过程的电子转移过程，从而提高了所述析氧反应催化剂的催化性能，而且酸性环境稳定性高，因此，在等同性能情况下极大地降低了降低所述析氧反应催化剂的使用量，降低了电解水制氢的成本；另一方面，由于M元素的存在，依据其所含的元素种类和含量关系，其含钇含量明显降低，远低于IrO2(86% wt)和RuO2(76% wt)中贵金属的含量，有效降低了贵重金属的含量，降低了其经济成本。
在一实施例中，控制所述Y2-xMxRu2O7的粒径为100nm-800nm。通过控制粒径，以实现进一步提高析氧催化活性。
另一方面，本发明实施例还提供了上文所述析氧反应催化剂的制备方法。所述析氧反应催化剂制备方法包括如下步骤：
S01：按照Y2-xMxRu2O7中Y、M和Ru元素的摩尔比，将Y盐、M盐和Ru盐进行溶解，配制混合溶液；
S02：向所述混合溶液中添加金属离子配合物进行络合反应，然后除去混合溶液中的溶剂，得到固体混合物；
S03：将所述固体混合物进行粉化处理后于含氧气氛中进行煅烧处理。
其中，所述步骤S01中，Y2-xMxRu2O7如上文所述Y2-xMxRu2O7，因此，Y、M和Ru元素的摩尔比如上文所述，具体的，如M为Pr或Zn，0<x<2。所述Y盐、M盐和Ru盐进行溶解可以是在能够溶解该些盐的溶剂中，如但不仅仅为水。具体的可以是将Y盐、M盐和Ru盐先分别配制成盐溶液，然后按照比例进行混合，也可以直接将Y盐、M盐和Ru盐直接溶于同一溶剂中，直接配制成混合溶液。在配制的混合溶液中，Y、M和Ru离子均匀分散。在一实施例中，所述Y盐可以选用包括Y(NO3)3∙6H2O、无水YCl3、YCl3∙6H2O中的至少一种，所述Ru盐可以选用包括RuCl3、(NH4)2RuCl6、K2RuCl5(H2O)中的至少一种。关于所述M盐，由于所述M可以为Pr或Zn，因此，所述M盐可以为Pr盐或Zn盐。当所述M盐为Pr盐时，所述Pr盐为Pr(NO3)3、PrCl3中的至少一种；当所述M盐为Zn盐时，所述Zn盐为六水硝酸锌、柠檬酸锌、无水醋酸锌、二水乙酸锌中的至少一种。该些Y盐、M盐和Ru盐具有良好的溶解性，因此，能够方便配制成稳定的溶液；另外，该些盐类杂质少，使得最终制备的析氧反应催化剂纯度高，从而有效提高了析氧反应催化剂的催化活性和稳定性。另外，
在具体实施例中，所述在所述混合溶液中，所述Y盐的浓度为0.001~0.1mol L-1，所述Ru盐的浓度为0.001~0.1mol L-1，所述Pr盐的浓度为0.001~0.1mol L-1，所述Zn盐的浓度为0.001~0.1mol L-1。
所述步骤S02中，向所述混合溶液中添加金属离子配合物，其能够有效与金属离子Y、M和Ru离子形成配体。因此，所述金属离子配合物加入的量应该相对所述Y、M和Ru离子的量是足量的，这样实现与所述Y、M和Ru离子充分形成配体。一实施例中，所述金属离子配合物加入所述混合溶液中的量为所述金属离子配合物与所述混合溶液中的Y、M和Ru金属离子总量的摩尔比为（1~10）：1。在具体实施例中，所述金属离子配合物为柠檬酸、乙二胺四乙酸中的至少一种。选用该些种类的所述金属离子配合物具有优异的离子络合作用，与Y、M和Ru金属离子形成稳定的配体，而且在后续煅烧中不带入杂质元素。
待加入所述金属离子配合物进行配体反应后，将含有配体的混合溶液的pH值调节呈碱性，以增加配体的稳定性，从而形成稳定的溶胶。在一实施例中，将含有配体的混合溶液的pH值调节至8.5~9。另外，用于调节混合溶液pH值的试剂可以是但不仅仅为氨水，优选氨水，以避免混合溶液中混入难在烧结挥发的杂质离子。此时除去混合溶液中溶剂的方法可以是直接真空干燥处理，也可以是加热如水浴加热挥发溶剂除去溶剂，获得固体混合物。
当然也可以直接将含有配体的混合溶液进行静置老化处理，使得配体生成沉淀，然后进行固液分离除去溶剂，获得固体混合物。
将混合溶液中的溶剂进行除去后获得的固体混合物，也即是Y2-xMxRu2O7前驱体。优选的，待除去溶剂干燥处理后，还包括将固体经过如120℃真空干燥，干燥也是充分的，如干燥6~24h，充分除去溶剂。
上述步骤S03中，将步骤S02中制备获得的所述固体混合物进行粉化处理，一方面能够有效控制煅烧产物的粒径；另一方面能够使得所述固体混合物进行充分煅烧。对所述固体混合物进行粉化处理的方法可以是但不仅仅是研磨等方法。
在含氧气氛中将经粉化处理后的所述固体混合物进行煅烧后，所述固体混合物在高温中生成Y2-xMxRu2O7。在一实施例中，所述煅烧处理的800~1200℃，时间为6~20h。在具体实施例中，当M为Pr时，所述煅烧处理的800~1200℃，时间为6~20h；当M为Zn时，所述煅烧处理的1100~1200℃，时间为6~20h。通过优化煅烧的温度和时间，使得煅烧产物充分烧结，而且形成Y2-xMxRu2O7。
因此，上文所述析氧反应催化剂的制备方法制备的析氧反应催化剂贵重金属含量低，但是依然具有高的析氧催化活性，而且能够保证析氧反应催化剂催化性能稳定，而且含有M掺杂元素，赋予Y2-xMxRu2O7优异的导电率。另外，所述制备方法工艺条件易控，可重复性好，生产效率高，有效降低了生产成本。另外，经检测，所述析氧反应催化剂的制备方法制备的析氧反应催化剂Y2-xMxRu2O7的粒径为100-800nm。
再一方面，在上文所述析氧反应催化剂及其制备方法的基础上，本方面实施例还提供了一种析氧反应电极。所述析氧反应电极包括上文所述的析氧反应催化剂。这样，由于所述析氧反应催化剂贵重金属的含量低，导电率高，其析氧催化活性高，酸性环境稳定性高，且其制备方法工艺条件易控，可重复性好。因此，所述析氧反应电极经济成本低，而且析氧率高。
进一步地，本发明实施例还提供了一种电化学装置。所述电化学装置包括必要的部件，如包括阳极和阴极。其中，所述阳极为本发明实施例析氧反应电极。由于所述析氧反应电极经济成本低，而且析氧率高，因此，所述电化学装置电解水制氢的成本低，而且效率高。在具体实施例中，所述电化学装置可以是质子交换膜（PEM）水电解装置。
又一方面，在上文所述析氧反应电极和电化学装置的基础上，本发明实施例提供了一种由水生成氢气和氧气的方法。所述方法包括如下步骤：
S04：提供与电化学装置所含的阳极接触的水；
S05：对所述电化学装置通电，以分别在所述电化学装置的阴极和阳极上将所述水的至少一部分转化成氢气和氧气。
其中，步骤S04中的电化学装置为上文本发明实施例电化学装置，因此，其所含的阳极为上文本发明实施例析氧反应电极。这样，所述电化学装置的阳极含有上文所述的析氧反应催化剂。这样，由于所述由水生成氢气和氧气的方法由于采用本发明实施例电化学装置，因此，水生成氢气和氧气的效率高，经济成本低。
现提供多个具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
1. 析氧反应催化剂及其制备方法实施例
实施例11
本实施例提供了一种析氧反应催化剂及其制备方法。所述析氧反应催化剂为烧绿石结构的Y1.8Pr0.2Ru2O7。
所述析氧反应催化剂制备方法包括如下步骤：
S11. 将Y(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第一溶液，浓度为0.045mol L-1。
S12. 将Pr(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第二溶液，浓度为0.005mol L-1；
S13. 将RuCl3加入S12的第二溶液，得到第三溶液，RuCl3的浓度为0.05mol L-1，搅拌10分钟；
S14. 将柠檬酸溶于S13的第三溶液，搅拌30分钟，柠檬酸的浓度为0.20mol L-1；
S15. 将S14的溶剂80℃水浴加热，蒸干溶剂，得到的产物放入真空干燥箱中，120℃干燥10h；
S16. 将S15中得到的干燥粉末研磨20分钟，放入坩埚中，空气中煅烧10h，煅烧温度为1000℃。
实施例12
本实施例提供了一种析氧反应催化剂及其制备方法。所述析氧反应催化剂为烧绿石结构的Y1.85Zn0.15Ru2O7。
所述析氧反应催化剂制备方法包括如下步骤：
S11. 将Y(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第一溶液，浓度为0.04625mol L-1。
S12. 将Zn(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第二溶液，浓度为0.00375mol L-1；
S13. 将RuCl3加入S12的第二溶液，得到第三溶液，RuCl3的浓度为0.05mol L-1，搅拌10分钟；
S14. 将柠檬酸溶于S13的第三溶液，搅拌30分钟，柠檬酸的浓度为0.30mol L-1；
S15. 将S14的溶剂80℃水浴加热，蒸干溶剂，得到的产物放入真空干燥箱中，120℃干燥10h；
S16. 将S15中得到的干燥粉末研磨20分钟，放入坩埚中，空气中煅烧10h，煅烧温度为1000℃。
实施例13
本实施例提供了一种析氧反应催化剂及其制备方法。所述析氧反应催化剂为烧绿石结构的Y1.8Pr0.2Ru2O7。
所述析氧反应催化剂制备方法包括如下步骤：
S11. 将YCl3溶于去离子水中，得到第一溶液，浓度为0.045mol L-1。
S12. 将PrCl3溶于去离子水中，得到第二溶液，浓度为0.005mol L-1；
S13. 将(NH4)2RuCl6加入S12的第二溶液，得到第三溶液，(NH4)2RuCl6的浓度为0.05mol L-1，搅拌10分钟；
S14. 将柠檬酸溶于S13的第三溶液，搅拌30分钟，乙二胺四乙酸的浓度为0.20molL-1；
S15. 将S14的溶剂80℃水浴加热，蒸干溶剂，得到的产物放入真空干燥箱中，120℃干燥10h；
S16. 将S15中得到的干燥粉末研磨20分钟，放入坩埚中，空气中煅烧10h，煅烧温度为1000℃。
实施例14
本实施例提供了一种析氧反应催化剂及其制备方法。所述析氧反应催化剂为烧绿石结构的Y1.85Zn0.15Ru2O7。
S11. 将Y(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第一溶液，浓度为0.04625mol L-1。
S12. 将醋酸锌溶于去离子水中，得到第二溶液，浓度为0.00375mol L-1；
S13. 将K2RuCl5(H2O)加入S12的第二溶液，得到第三溶液，K2RuCl5(H2O)的浓度为0.05mol L-1，搅拌10分钟；
S14. 将柠檬酸溶于S13的第三溶液，搅拌30分钟，柠檬酸的浓度为0.30mol L-1；
S15. 将S14的溶剂80℃水浴加热，蒸干溶剂，得到的产物放入真空干燥箱中，120℃干燥10h；
S16. 将S15中得到的干燥粉末研磨20分钟，放入坩埚中，空气中煅烧8h，煅烧温度为1200℃。
实施例15
本实施例提供了一种析氧反应催化剂及其制备方法。所述析氧反应催化剂为烧绿石结构的Y0.8Pr1.2Ru2O7。
所述析氧反应催化剂制备方法包括如下步骤：
S11. 将Y(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第一溶液，浓度为0.005mol L-1。
S12. 将Pr(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第二溶液，浓度为0.0075mol L-1；
S13. 将RuCl3加入S12的第二溶液，得到第三溶液，RuCl3的浓度为0.05mol L-1，搅拌10分钟；
S14. 将柠檬酸溶于S13的第三溶液，搅拌30分钟，柠檬酸的浓度为0.20mol L-1；
S15. 将S14的溶剂80℃水浴加热，蒸干溶剂，得到的产物放入真空干燥箱中，120℃干燥10h；
S16. 将S15中得到的干燥粉末研磨20分钟，放入坩埚中，空气中煅烧10h，煅烧温度为1000℃。
对比例11
本对比例提供了一种析氧反应催化剂及其制备方法。所述析氧反应催化剂为烧绿石结构的Y2Ru2O7。
所述Y2Ru2O7按照如下方法制备：
S11. 将Y(NO3)3∙6H2O溶于去离子水中，得到第一溶液，浓度为0.005mol L-1；
S12. 将RuCl3加入S11所述溶液，得到第二溶液，RuCl3的浓度为0.005mol L-1，搅拌10分钟；
S13. 将柠檬酸溶于步S12的第二溶液，搅拌30分钟，柠檬酸的浓度为0.022mol L-1；
S14. 将S13的溶剂80℃水浴加热，蒸干溶剂，得到的产物放入真空干燥箱中，120℃干燥10h；
S15. 将S14得到的干燥粉末研磨20分钟，放入坩埚中，空气中煅烧12h，煅烧温度为1000℃。
对比例12
现有商业IrO2催化剂。
2. 析氧反应电极及电化学装置实施例
实施例21
取实施例11提供的析氧反应催化剂Y1.8Pr0.2Ru2O7催化剂5mg，取乙炔黑1mg，溶于0.7mL异丙醇和0.3mL去离子水溶液中，超声10min，用移液枪量取30uL的5wt%的Nafion溶液，继续冰浴分散1h。取8uL涂覆于直径为5mm的玻碳电极上，自然晾干。以标准氢电极为参比电极，铂网为对电极，组成三电极电化学体系，在0.5M H2SO4溶液中，通氮条件下，进行电化学性能测试。
实施例22
取实施例13提供的析氧反应催化剂Y1.85Zn0.15Ru2O7催化剂5mg，取乙炔黑1mg，溶于0.7mL异丙醇和0.3mL去离子水溶液中，超声10min，用移液枪量取30uL的5wt%的Nafion溶液，继续冰浴分散1h。取8uL涂覆于直径为5mm的玻碳电极上，自然晾干。以标准氢电极为参比电极，铂网为对电极，组成三电极电化学体系，在0.5M H2SO4溶液中，通氮条件下，进行电化学性能测试。
对比例21
取对比例11中Y2Ru2O7催化剂5mg，取乙炔黑1mg，溶于0.7mL异丙醇和0.3mL去离子水溶液中，超声10min，用移液枪量取30uL的5wt%的Nafion溶液，继续冰浴分散1h。取8uL涂覆于直径为5mm的玻碳电极上，自然晾干。以标准氢电极为参比电极，铂网为对电极，组成三电极电化学体系，在0.5M H2SO4溶液中，通氮条件下，进行电化学性能测试。
对比例22
取对比例12商业IrO2催化剂5mg，取乙炔黑1mg，溶于0.7mL异丙醇和0.3mL去离子水溶液中，超声10min，用移液枪量取30uL的5wt%的Nafion溶液，继续冰浴分散1h。取8uL涂覆于直径为5mm的玻碳电极上，自然晾干。以标准氢电极为参比电极，铂网为对电极，组成三电极电化学体系，在0.5M H2SO4溶液中，通氮条件下，进行电化学性能测试。以此作为对比样品。
3. 相关性能的测试
将本实施例11提供的Y1.8Pr0.2Ru2O7和对比例11制备的Y2Ru2O7催化剂进行X射线粉末衍射，其中，所述本实施例11和对比例11产物的衍射曲线如图1所示。由图1可知，产物催化剂有相同的特征峰，确实为Y1.8Pr0.2Ru2O7、Y2Ru2O7，而且纯度高。将实施例12提供的的Y1.85Zn0.15Ru2O7以及其他实施例提供的掺杂催化剂也进行X射线分析，得知各实施例提供的掺杂催化剂也具有相应的特征峰，也被证明其相应的分子式所述的催化剂，而且纯度高。
将本实施例11制备的Y1.8Pr0.2Ru2O7催化剂、实施例12提供的Y1.85Zn0.15Ru2O7、对比例11提供的Y2Ru2O7和对比例12提供的商业IrO2析氧催化剂分别进行极化测试、稳定性测试，其中，极化测试的扫描频率为10mV s-1；稳定性测试的循环伏安扫描次数为2000次，扫描电压范围为1.35V-1.6V，扫描速度为100mV s-1。
经测试，实施例11提供的Y1.8Pr0.2Ru2O7、对比例提供的Y2Ru2O7催化剂和商业IrO2的极化曲线图如图2所示，由图2可知，在相同施加电位下，Y1.8Pr0.2Ru2O7的电流密度明显优于Y2Ru2O7和IrO2，而Y2Ru2O7的电流密度又明显优于IrO2。说明Y1.8Pr0.2Ru2O7电化学性能比Y2Ru2O7、IrO2优异，但Y2Ru2O7电化学性能又好于IrO2。
实施例12提供的Y1.85Zn0.15Ru2O7、对比例提供的Y2Ru2O7催化剂和商业IrO2的极化曲线图如图3所示，由图3可知，在相同施加电位下，Y1.85Zn0.15Ru2O7的电流密度明显优于Y2Ru2O7和IrO2，而Y2Ru2O7的电流密度又明显优于IrO2。说明Y1.85Zn0.15Ru2O7电化学性能比Y2Ru2O7、IrO2优异，但Y2Ru2O7电化学性能又好于IrO2。
实施例11提供的Y1.8Pr0.2Ru2O7、对比例提供的Y2Ru2O7催化剂和商业IrO2的稳定性如图4所示，由图4可知，在2000次循环伏安扫描下(电压扫描范围：1.1~1.6 V，扫描速率：100mV/s)，Y1.8Pr0.2Ru2O7的稳定性明显优于Y2Ru2O7、IrO2，而Y2Ru2O7的稳定性又明显优于IrO2。说明Y1.8Pr0.2Ru2O7稳定性比Y2Ru2O7、IrO2优异，但Y2Ru2O7稳定性又好于IrO2。
其他实施例提供的各催化剂参照实施例11催化剂测试极化和稳定性的方法测试相应的极化和稳定性，各实施例提供的催化剂分别与图2-4所呈现的特性相近。
由此可知本发明实施例提供的析氧反应催化剂导电率高，催化活性高，稳定性好，纯度高，而且其制备方法重复性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种析氧反应阳极，其特征在于：所述析氧反应阳极包括析氧反应催化剂，所述析氧反应催化剂为Y2-xMxRu2O7，其中，M为Zn，且x=0.15；所述析氧反应催化剂的制备方法包括如下步骤：
按照Y2-xMxRu2O7中Y、M和Ru元素的摩尔比，将Y盐、M盐和Ru盐进行溶解，配制混合溶液；
向所述混合溶液中添加金属离子配合物进行配体反应，然后除去混合溶液中的溶剂，得到固体混合物；
将所述固体混合物进行粉化处理后于含氧气氛中进行煅烧处理；
所述金属离子配合物为柠檬酸；
所述Y盐为Y(NO3)3、∙6H2O，所述Ru盐为RuCl3，所述M盐为六水硝酸锌；
所述Y盐的浓度为0.04625mol L-1，所述Ru盐的浓度为0.05mol L-1，所述M盐的浓度为0.00375mol L-1；
所述柠檬酸的浓度为0.30mol L-1；
所述煅烧处理的1000℃，时间为10h。
2.根据权利要求1所述的析氧反应阳极，其特征在于：所述Y2-xMxRu2O7的粒径为100nm-800nm。
3.一种电化学装置，包括阳极和阴极，其特征在于：所述阳极为权利要求1或2所述的析氧反应阳极。
4.一种由水生成氢气和氧气的方法，所述方法包括如下步骤：
提供与权利要求3所述的电化学装置所含的所述阳极接触的水；
对所述电化学装置通电，以分别在所述阴极和阳极上将所述水的至少一部分转化成氢气和氧气。
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