一种电催化剂及其制备和应用

本发明涉及一种电催化剂及其制备和应用，属于催化剂领域。

背景技术：

1、由于传统化石燃料的大量使用导致了严重的能源危机和环境问题，人们一直在努力开发绿色和可持续的替代能源。可再生能源驱动的水裂解制氢作为不可再生和污染严重的化石燃料的候选能源具有重要意义。对于水电解阴极的氢进化反应（her），最实用的电催化剂仍然是贵金属基材料，存在成本高和稀缺的问题。

2、由于原始金属氧化物的氢吸附能力不佳且活性位点有限，因此引入另一种活性成分来调节电荷分布，从而实现中间位点和活性位点之间的优化吸附是一种广泛使用的策略。迄今为止，研究人员一直致力于开发对 her 具有高效率和高稳定性的先进金属/金属氧化物材料，如 ptsa-nio/ni、pt/tio2和 ir@tnt。金属与金属氧化物之间的亲密接触和促进作用可有效提高催化剂的内在催化活性，并提高催化剂的利用率。由于金属/金属氧化物的边界表面，中间体独特的吸附/解吸行为大大加速了 her 过程，并可持续制氢。此外，考虑到电子结构，电子通过界面键从一侧移动到另一侧，以平衡费米级。例如，金属键中的局部未配对电子可以改变能态，并在晶格中向任意方向移动，这可能有利于界面上的电子转移。金属铂钛界面键导致铂簇上有更多的局部电子，从而优化了中间产物的吸附，并促进了h2o 的解离过程。金属-o 键包括部分共价键和离子键，可有效调节支撑金属团簇的氧化作用。ru-o-cr 键使 ru 团簇上最高占据的 d 轨道向上移动到费米能级附近。

3、然而，所有已报道的金属/金属氧化物催化剂都涉及氧化物中的还原性金属阳离子，而非还原性金属氧化物的促进作用却鲜有报道。

技术实现思路

1、本发明构建了具有不同表面结构的铱簇负载钒氧化物，以研究界面键对电子结构重构的影响；结果发现，与 ir-vo2和ir-v2o5相比，锚定在v2o3上的ir在1.0 m koh 和 0.5mh2so4中10 ma cm-2 的过电位最低，翻转频率值和质量活性最高。可见，ir 位点与 v2o3 之间的电子相互作用为 her 提供了更有利的反应路径，促进了 her 的能量转化过程。锚定在 v2o3上的ir通过 ir-v 键（ir-v2o3）促进了电子转移，提供了更有效的中间体吸附位点，增加了实现活性位点和中间体之间优化控制的可能性。进一步，ir-v2o3||ruo2在阴离子交换膜（aem）电解槽中的电流密度为 100 ma cm-2 时表现出 22 h 的高稳定性，表明它具有实际应用的潜力。

2、本发明的技术方案：

3、本发明要解决的第一个技术问题是提供一种电催化剂的制备方法，所述制备方法为：将v2o3分散在醇类物质（如乙醇）中，再加入ir盐，搅拌反应8～12h；干燥后在250℃~350℃处理1～3 h制得所述电催化剂ir-v2o3。

4、进一步，所述ir盐选自：氯化铱(iii)水合物(ircl3·xh2o)、乙酰丙酮铱(ir(acac)3)、或氯铱酸水合物(h2cl6ir·xh2o)。

5、进一步，所述v2o3和ir盐的质量比为：15～20：1～4。

6、本发明要解决的第二个技术问题是提供一种电催化剂，其采用上述制备方法制得。

7、进一步，所述电催化剂在0.5 m h2so4电解液中需16 mv的过电位达到10 ma cm-2的电流密度。

8、进一步，所述电催化剂在1.0 m koh电解液中需26 mv的过电位能达到10 ma cm-2的电流密度。

9、进一步，所述电催化剂在0.5 m h2so4、1.0 m koh 电解液中均具有＞10 h的催化稳定性。

10、本发明要解决的第三个技术问题是指出上述电催化剂在全解水电解槽、阴离子交换膜电解槽（aem）或质子交换膜器件中的用途。

11、本发明的有益效果：

12、本发明将ir锚定在v2o3上制得了her电催化剂ir-v2o3，与 ir-vo2和ir-v2o5相比，其在1.0 m koh 和 0.5m h2so4中10 ma cm-2 的过电位最低，翻转频率值和质量活性最高。进一步，ir-v2o3||ruo2在阴离子交换膜（aem）电解槽中的电流密度为 100 ma cm-2 时表现出 22 h 的高稳定性，表明它具有实际应用的潜力。

技术特征：

1.一种电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将v2o3分散在醇类物质中，再加入ir盐，搅拌反应8～12h；干燥后在250℃~350 ℃处理1～3 h制得电催化剂ir-v2o3。

2.根据权利要求1所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，所述ir盐选自：氯化铱(iii)水合物、乙酰丙酮铱或氯铱酸水合物中的一种。

3.根据权利要求1所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，所述v2o3和ir盐的质量比为：15～20：1～4。

4.一种电催化剂，其特征在于，所述电催化剂由权利要求1～3任一项所述的制备方法制得。

5.根据权利要求4所述的一种电催化剂，其特征在于，所述电催化剂在0.5 m h2so4电解液中需16 mv的过电位达到10 ma cm-2 的电流密度。

6.根据权利要求4所述的一种电催化剂，其特征在于，所述电催化剂在1.0 m koh电解液中需26 mv的过电位达到10 ma cm-2的电流密度。

7.根据权利要求4所述的一种电催化剂，其特征在于，所述电催化剂在0.5 m h2so4和1.0 m koh 电解液中均具有＞10 h的催化稳定性。

8.权利要求1～3任一项所述的制备方法制得的电催化剂在全解水电解槽、阴离子交换膜电解槽或质子交换膜器件中的用途。

技术总结本发明涉及一种电催化剂及其制备和应用，属于催化剂领域。本发明提供一种电催化剂的制备方法，所述制备方法为：将V<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;分散在醇类物质中，再加入Ir盐，搅拌反应8～12h；干燥后在250℃~350℃处理1～3 h制得电催化剂Ir‑V<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;。本发明所得电催化剂Ir‑V<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，与Ir‑VO<subgt;2</subgt;和Ir‑V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;相比，其在1.0 M KOH和0.5M H<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;中10 mA cm<supgt;‑2</supgt;的过电位最低，翻转频率值和质量活性最高。Ir‑V<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;||RuO<subgt;2</subgt;在阴离子交换膜电解槽中的电流密度为100 mA cm<supgt;‑2</supgt;时表现出22 h的高稳定性，表明它具有实际应用的潜力。技术研发人员：李爽,郑懿娟,程冲,颜睿,马田,徐晓晖受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22