本發明涉及新能源領域，特別涉及催化劑及其制備方法和應用。

背景技術：

1、天然化石燃料的過度開發導致的能源問題和環境問題是當今世界面臨的兩大挑戰。持續增長的可持續能源需求，嚴重的生態破壞迫切需要人們尋找可持續清潔能源。氫氣是一種環境友好的高熱值氣態燃料，被認為是可再生能源的理想儲能載體以及未來最重要的化石燃料替代物之一。電解水技術是目前制氫的理想技術，在眾多電解水技術中，質子交換膜(pem)電解水技術是最具應用前景的技術之一。然而，電解水制氫技術中的電催化析氧反應(oer)反應能壘高，反應動力學遲緩，成為了電解水制氫反應的核心瓶頸。因此，開發高活性酸性oer催化劑，以降低oer反應能壘并提高反應速率，具有重要的現實意義。irox由于其卓越的酸性穩定性，目前作為酸性oer催化劑在商業化pem系統中被廣泛使用。但其價格昂貴且反應性能仍不理想，因此厄需開發具有更高催化性能的酸性穩定oer催化材料以替代具有高度稀缺性的ir基催化劑。當下，具有較高酸性oer催化活性的ru基催化材料受到了廣泛的關注，但ru基催化材料在酸性體系中的性能穩定性仍然備受挑戰。目前，研究人員普遍通過組分結構調控、電子結構調控等手段對ruo2催化材料進行改性處理，來應對上述挑戰。目前普遍采用的過渡金屬參雜手段，例如以mn，ni，cr等單一過渡金屬對ruo2納米材料進行組分與電子結構調控，雖然能對一定程度上對催化活性或穩定性起到一定的促進作用，但是仍然無法有效兼顧催化活性和穩定性。特別是在工業級大電流條件下，相關材料的長周期穩定性，仍無法滿足商業化pem系統對酸性oer催化劑的的性能需求。因此，開發兼具高活性和卓越穩定性的酸性oer催化劑，仍是艱巨的挑戰。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種催化劑。

2、本發明的另一目的在于提供上述催化劑的制備方法。

3、本發明的另一目的在于提供上述催化劑的用途。

4、為解決上述技術問題，本發明的第一方面，提供了一種催化劑，所述催化劑包括氧化釕基體和摻雜于所述基體界面的過渡金屬元素，所述過渡金屬元素包括鉻和錳。

5、在一些優選的方案中，所述過渡金屬元素還包括釕。

6、在一些優選的方案中，所述摻雜于所述基體界面的過渡金屬元素的摩爾比為：鉻：錳：釕＝1-2：1-2：7。例如1:2:7。

7、在一些優選的方案中，所述催化劑的制備方法包括步驟：

8、s1，在含有螯合劑的液體介質中加入鉻鹽、錳鹽和釕鹽，攪拌反應得反應液；

9、s2，將步驟s1中所得反應液離心去除液體，然后冷凍干燥得到固體；

10、s3，將步驟s2中所得固體進行焙燒處理，得到所述催化劑。

11、本發明的第二方面，提供了催化劑的制備方法，所述方法包括步驟：

12、s1，在含有螯合劑的液體介質中加入鉻鹽、錳鹽和釕鹽，攪拌反應得反應液；

13、s2，將步驟s1中所得反應液離心去除液體，然后冷凍干燥得到固體；

14、s3，將步驟s2中所得固體進行焙燒處理，得到所述催化劑。

15、在一些優選的方案中，步驟s1中，所述螯合劑為單寧酸。

16、在一些優選的方案中，步驟s1中，所述液體介質包括溶劑和溶解于所述溶劑的氨水。

17、在一些優選的方案中，所述溶劑包括水和醇，優選為水和乙醇。

18、在一些優選的方案中，所述溶劑中，所述水和所述乙醇的體積比為4-5：1。

19、在一些優選的方案中，步驟s1中，所述液體介質包括水、乙醇和氨水，所述水、乙醇和氨水的體積比為4-5：1：0.04-0.06，例如4.6:1:0.05。

20、在一些優選的方案中，所述單寧酸、鉻鹽、錳鹽和釕鹽的摩爾比為0.002-0.003:1-2：1-2：7。例如0.0029:1:2:7。

21、在一些優選的方案中，步驟s1中，所述攪拌反應的時間不低于10小時，更優選不低于20小時，更優選不低于24小時，更優選不低于48小時，例如24-48小時。

22、在一些優選的方案中，步驟s1中，所述攪拌反應的溫度為室溫，例如24-28℃。

23、在一些優選的方案中，步驟s2中，所述冷凍干燥的時間不低于10小時，更優選不低于16小時，更優選不低于20小時，例如24小時。

24、在一些優選的方案中，步驟s3中，所述焙燒處理在馬弗爐中進行。

25、在一些優選的方案中，步驟s3中，所述焙燒處理的溫度在200-800℃，更優選為300-600℃，例如400-550℃。

26、在一些優選的方案中，步驟s3中，所述焙燒處理的時間不低于1小時，更優選不低于2小時，更優選不低于3小時，例如4小時。

27、在一些優選的方案中，步驟s3中，所述焙燒處理的時間不高于12小時，更優選不高于10小時，更優選不高于5小時。

28、本發明的第三方面，提供了本發明第一方面提供的催化劑的用途，用作酸性電解水的陽極材料。

29、本發明的第四方面，提供了一種電解裝置，所述電解裝置包括電解室，所述電解室包括依次設置的陰極、陰極材料、隔膜、陽極材料、陽極，所述陽極材料包括本發明第一方面所述的催化劑。

30、在一些優選的方案中，所述陽極材料為本發明第二方面所述的催化劑。

31、在一些優選的方案中，所述陽極材料涂覆在所述隔膜靠近陽極的一側上。

32、在一些優選的方案中，所述陽極材料涂覆在所述陽極靠近隔膜的一側上。

33、在一些優選的方案中，所述陽極材料設置在所述陽極和所述隔膜之間。

34、本發明的第五方面，提供了一種制備氫氣的方法，所述方法包括步驟：

35、使用本發明第四方面所述的電解裝置電解水，并收集電解產物，即得氫氣。

36、本發明相對于現有技術而言，至少具有下述優勢：

37、(1)本發明實施方式中提供的催化劑，利用鉻、錳雙摻雜釕基催化劑，結合螯合劑結構的配位分散作用，有效抑制了鉻、錳和釕組分的燒結團聚，制備得到的催化劑均一性更好；

38、(2)本發明實施方式中提供的催化劑，鉻和錳同時對釕活性位點的d電子中心進行調控，并且充當了高腐蝕抗性保護層，在強酸性電解質體系下進行oer反應時，該催化劑能夠有效保持其高活性特征，并實現長周期穩定運作，使用周期可達2000小時；

39、(3)本發明實施方式中提供的催化劑，通過調控鉻、錳雙摻雜的釕氧化物納米尺寸，實現了高結晶態超細納米顆粒結構的有效合成；

40、(4)本發明實施方式中提供的催化劑，作為高性能酸性析氧反應電催化劑，可以在酸性電解質環境中穩定且高效進行析氧反應(oer)，可作為電解水制氫的陽極材料，用于質子導通聚合物電解制氫電解池中，解決現有酸性析氧催化劑種類少、性能低、使用壽命短的問題。

41、應理解，在本發明范圍內中，本發明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在此不再一一累述。