一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及纳米材料合成和电催化，具体涉及一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，全球80％以上的能源需求通过燃烧石油或天然气等化石燃料来满足。然而，由于化石燃料的加速消费和随之而来的环境污染，先进的可持续能源储存和转换技术引起了学术界和工业界的广泛关注。因此，零碳排放的水分解成氢气和氧气可以将能量储存到化学燃料中，这被视为一种环境友好的选择，并被广泛认为是解决能源消耗快速增长和相关环境问题的关键步骤。质子交换膜水电解(pemwe)为利用可再生能源生产绿色氢气提供了一条有前景的途径，并且可能成为解锁未来可持续能源系统的万能钥匙。作为水裂解的瓶颈半反应，析氧反应(oer)需要克服其缓慢的动力学，因为其在阳极处的四电子和四质子转移过程具有过大的超电势。目前，铱基氧化物由于其在恶劣的电化学反应条件下具有高活性和相当大的腐蚀稳定性，仍然被认为是实际应用的唯一可行选择。为了提高pemwe的整体效率，未来的电催化剂开发策略必须同时解决活性、稳定性和材料成本方面的性能指标。为了提高铱的利用率，努力的目标是增加单位质量铱的催化剂的电化学表面积，从而增加可用的电催化表面活性位点的数量。

2、在酸性电解质中将水电解成清洁可再生的氢气是缓解能源和环境保护问题的有效技术。用于阳极析氧反应的有效电催化剂显著提高了能量转换效率，因为电解分解水的大部分能量消耗发生在阳极。氧化铱(iro2)被认为是最先进的oer催化剂，可以承受苛刻的酸性条件。然而，先前报道的iro2催化剂对于oer的缓慢动力学缺乏高的本征活性。

3、在申请号为202111118902.1的中国专利中，主要合成了一种铱与氧化铱的复合催化剂，但其并没有出现氧化铱的特征峰，在申请号为202210069738.8的中国专利中，主要合成了一种ir@irox核壳催化剂，但其工艺复杂且需要通入惰性气体，这不利于工业化大规模生产。

4、利用配体自身的还原性强弱来调控铱氧复合物中铱元素的价态比，改变煅烧温度和时间来控制生成铱氧复合物的粒径大小和暴露的晶面，这项技术还尚未见报道。

技术实现思路

1、基于现有技术，本发明设计开发了一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂，本发明的发明目的之一是解决铱氧复合物中铱元素价态比的问题。

2、本发明的发明目的之二是解决铱氧复合物的粒径大小和暴露的晶面的问题。

3、本发明设计开发了一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，本发明的目的是解决通过配体自身的还原性强弱来调控铱氧复合物中铱元素的价态比，通过改变煅烧温度和时间来控制生成铱氧复合物的粒径大小和暴露的晶面。

4、本发明还设计开发了一种铱氧复合物纳米催化剂在阳极电催化析氧中的应用。

5、本发明提供的技术方案为：

6、一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂，包括：所述铱氧复合物纳米催化剂的xrd谱图中，包括iro2的(101)晶面衍射峰，没有(110)晶面衍射峰；以及

7、包括ir的(311)晶面衍射峰和(222)晶面衍射峰，没有(211)晶面衍射峰。

8、优选的是，所述铱氧复合物纳米催化剂的粒径为2～5nm。

9、优选的是，所述铱氧复合物纳米催化剂表面暴露(111)晶面。

10、一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：

11、步骤一、在氯铱酸中加入有机配体后持续搅拌，调节ph进行反应；

12、步骤二、反应完成后进行真空冷冻干燥得到前驱体；

13、步骤三、将所述前驱体进行煅烧，经洗涤后得到所述铱氧复合物纳米催化剂。

14、优选的是，在所述步骤一中，所述有机配体为l-天冬氨酸、草酸或者丁二酸。

15、优选的是，在所述步骤一中，所述有机配体的加入量为0.2g～0.8g。

16、优选的是，在所述步骤一中，所述氯铱酸的加入量为0.1g～0.3g。

17、优选的是，在所述步骤一中，调节ph为2～11。

18、优选的是，在所述步骤三中，所述煅烧的条件包括：煅烧的温度范围为300℃～700℃，煅烧的时间范围为10～60min。

19、使用所述的铱氧复合物纳米催化剂在阳极电催化析氧中的应用。

20、本发明所述的有益效果：

21、1、本发明将铱氧复合物纳米催化剂作为阳极催化剂用于电催化析氧，具有显著的降低过电位以及增大电流的效果；

22、2、本发明提供的铱氧复合物纳米催化剂合成方法简单、用时短，获得的纳米颗粒大小均匀，性能稳定，促进析氧效果显著；

23、3、本发明涉及的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法简便，也无需高昂的仪器设备，操作简单易行、经济环保；

24、4、发明所制得的铱氧复合物纳米催化剂性能稳定、尺寸大小均一，具有良好的导电性和电化学稳定性，将其应用于电催化析氧，获得了显著的效果。

技术特征：

1.一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂，其特征在于，包括：所述铱氧复合物纳米催化剂的xrd谱图中，包括iro2的(101)晶面衍射峰，没有(110)晶面衍射峰；以及

2.如权利要求1所述的用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂，其特征在于，所述铱氧复合物纳米催化剂的粒径为2～5nm。

3.如权利要求1或2所述的用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂，其特征在于，所述铱氧复合物纳米催化剂表面暴露(111)晶面。

4.一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述有机配体为l-天冬氨酸、草酸或者丁二酸。

6.如权利要求4或5所述的用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述有机配体的加入量为0.2g～0.8g。

7.如权利要求6所述的用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述氯铱酸的加入量为0.1g～0.3g。

8.如权利要求7所述的用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，调节ph为2～11。

9.如权利要求8所述的用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述煅烧的条件包括：煅烧的温度范围为300℃～700℃，煅烧的时间范围为10～60min。

10.使用如权利要求1-3中任一项所述的铱氧复合物纳米催化剂在阳极电催化析氧中的应用。

技术总结本发明公开了一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂，包括：所述铱氧复合物纳米催化剂的XRD谱图中，包括IrO<subgt;2</subgt;的(101)晶面衍射峰，没有(110)晶面衍射峰；包括Ir的(311)晶面衍射峰和(222)晶面衍射峰，没有(211)晶面衍射峰；同时，本发明还提供了一种用于电催化析氧的铱氧复合物纳米催化剂的制备方法，包括：在氯铱酸中加入有机配体后持续搅拌，调节pH进行反应，反应完成后进行真空冷冻干燥得到前驱体，待所述前驱体进行煅烧，经洗涤后得到所述铱氧复合物纳米催化剂；本发明制备得到的铱氧复合物纳米催化剂作为阳极催化剂用于电催化析氧，具有显著的降低过电位以及增大电流的效果，合成方法简单、用时短，获得的纳米颗粒大小均匀，性能稳定，促进析氧效果显著。技术研发人员：米万良,陈昌,王美琳受保护的技术使用者：苏州市氢羿能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18