一种多孔氧化铱电解水催化剂及其制备方法与流程

本发明属于电池，尤其涉及一种多孔氧化铱电解水催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、氢气是理想的能源载体，电解水制氢是一种可持续、无污染、技术成熟且可行的制氢方式，是未来获取氢气的重要途径。目前，电解水技术主要分为碱性电解水、质子交换膜(pem)电解水、阴离子交换膜(aem)电解水和固体氧化物(soec)电解水。质子交换膜电解水制氢技术因具有设备体积小、工作电流密度大、氢气纯度高以及环保无污染等优点，成为制氢技术的重点研究对象。电解槽阳极侧析氧反应(oer)的缓慢动力学和高过电位是电解槽中总电压损失的重要原因，因此，研发出高效的析氧催化剂具有重要意义。

2、研究表明，二氧化铱(iro2)能够在质子交换膜电解水中稳定存在，也是迄今为止已知的活性最高的析氧催化剂之一。然而，全球金属铱的存量相当少，且价格昂贵。因此，降低铱含量和提高oer活性对于质子交换膜电解水技术的发展具有重大意义。

3、通过催化剂载体提高催化剂的分散程度以获得更大的催化剂表面积，从而促进电催化性能，能够减少贵金属的消耗。在燃料电池中，碳基材料因其优异的导电性和多孔性而常被选用催化剂载体。然而，由于它们在相对较高的电位下可迅速被腐蚀，因此不适合用于质子交换膜电解槽的阳极。目前，sno2和tio2已被证明具有较高的抗阳极腐蚀特性，但这两种氧化物在oer中的低导电性和对质子的弱吸附/脱附能力使其应用受到限制。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种多孔氧化铱电解水催化剂及其制备方法，旨在解决现有催化剂铱负载量较大、载体不稳定、载体导电性差、催化剂的oer性能欠佳等问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明实施例提供一种多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、s01、将前驱体溶液与表面活性剂溶液混合均匀，得到混合液；将所述混合液静置，往所述混合液中加入去离子水进行搅拌分散，得到分散液；

4、s02、将乙氧基铌(v)(nb(c2h5o)5)加入步骤s01的分散液中，搅拌均匀后进行干燥，得到凝胶物；将所述凝胶物进行热处理后研磨成粉末；将所述粉末煅烧，冷却，得到铌掺杂二氧化钛粉末(nb-tio2)；

5、s03、将氯铱酸和nh3·h2o依次加入去离子水中，然后进行超声反应，得到反应液；将硝酸钠晶体(nano3)和步骤s02的铌掺杂二氧化钛粉末加入所述反应液中，在加热条件下进行搅拌反应，得到搅拌反应物；将所述搅拌反应物干燥，得到混合粉末；s04、将步骤s03的混合粉末进行热处理，然后洗涤、离心，取沉淀，干燥，得到多孔氧化铱电解水催化剂。

6、作为优选的实施方式，步骤s01中，

7、所述前驱体溶液为钛酸四丁酯(ti(c4h9o)4)溶液，通过如下方法制备得到：将钛酸四丁酯加入乙醇中，搅拌至溶解，得到钛酸四丁酯乙醇溶液；往所述钛酸四丁酯乙醇溶液中加入盐酸乙醇溶液，于45℃～65℃搅拌均匀，得到钛酸四丁酯溶液；所述钛酸四丁酯与所述乙醇的质量比为1:3～3:1；所述盐酸乙醇溶液与所述钛酸四丁酯乙醇溶液的体积比为1:1～1:4。

8、优选的，所述盐酸乙醇溶液中，盐酸的浓度为1mol/l～10mol/l。在本申请实施例中，盐酸乙醇溶液为盐酸的无水乙醇溶液。

9、所述表面活性剂溶液为表面活性剂乙醇溶液；所述表面活性剂乙醇溶液中，表面活性剂的质量分数为1％～20％。

10、所述表面活性剂优选为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基二甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵中的至少一种。

11、所述前驱体溶液与所述表面活性剂溶液的体积比为5:3。

12、所述静置的时间为0.5h～1h。

13、所述去离子水的体积为所述分散液的体积的5％～30％。

14、所述搅拌分散的时间为30min～90min。

15、作为优选的实施方式，步骤s02中，

16、所述乙氧基铌中的铌元素的掺杂重量为所述分散液的重量的5wt％～30wt％。

17、所述干燥为旋蒸干燥；所述旋蒸干燥的条件为于35℃～80℃旋蒸干燥10h～24h。

18、所述热处理通过如下方式进行：先于100℃～150℃热处理4h～8h，然后于200℃～300℃热处理2h～8h。

19、所述煅烧为于350℃～500℃煅烧1h～4h。通过煅烧可以完全去除表面活性剂。在本申请实施例中，热处理和煅烧均可以在马弗炉中进行。

20、作为优选的实施方式，步骤s03中，

21、所述氯铱酸为h2ircl6·xh2o，铱元素的重量为氯铱酸重量的35wt％。

22、每毫升所述去离子水中，加入2g～8g所述氯铱酸；所述h2ircl6·xh2o和所述nh3·h2o的摩尔比为1:10～1:100。

23、所述氯铱酸优选为h2ircl6·6h2o。

24、所述超声反应的时间为1h～4h。

25、所述h2ircl6·xh2o、所述铌掺杂二氧化钛粉末和所述硝酸钠晶体的质量比为(0.1～0.5)：(0.1～0.3)：(3～15)。

26、所述加热条件为60℃～90℃，所述搅拌反应的时间为0.5h～2h。

27、所述干燥为真空干燥，所述真空干燥为于40℃～60℃干燥12h～48h。

28、作为优选的实施方式，步骤s04中，

29、所述热处理为于混合气氛下、350℃～600℃热处理0.5h～3h。

30、所述混合气氛为h2：n2按体积比5:95混合的混合气氛。

31、所述热处理在管式炉中进行。

32、所述洗涤采用去离子水进行洗涤；所述洗涤、所述离心的次数均优选为8次～12次。通过洗涤和离心，可以有效去除残留盐。

33、所述干燥为真空干燥，所述真空干燥为于40℃～60℃干燥12h～48h。

34、另一方面，本发明实施例还提供一种多孔氧化铱电解水催化剂，所述多孔氧化铱电解水催化剂由上述制备方法制备得到。

35、本申请通过在催化剂中掺杂高导电性的nb来增加电荷量，从而提高掺杂二氧化钛的电导率；同时在传统的adams融合法的基础上，在合成负载型催化剂过程中加入nh3·h2o并控制其用量，通过nh3·h2o取代配合物中的cl来制备多孔iro2催化剂。通过本申请，可以解决载体导电性差的问题，并且能够有效增大催化剂的比表面积，进而有效提升催化活性和贵金属的利用率，减少贵金属负载量，从而达到降低成本的目的。

技术特征：

1.一种多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s01中，所述前驱体溶液为钛酸四丁酯溶液，通过如下方法制备得到：将钛酸四丁酯加入乙醇中，搅拌至溶解，得到钛酸四丁酯乙醇溶液；往所述钛酸四丁酯乙醇溶液中加入盐酸乙醇溶液，于45℃～65℃搅拌均匀，得到钛酸四丁酯溶液；所述钛酸四丁酯与所述乙醇的质量比为1:3～3:1；所述盐酸乙醇溶液与所述钛酸四丁酯乙醇溶液的体积比为1:1～1:4。

3.根据权利要求2所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述盐酸乙醇溶液中，盐酸的浓度为1mol/l～10mol/l。

4.根据权利要求1所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s01中，所述表面活性剂溶液为表面活性剂乙醇溶液；所述表面活性剂乙醇溶液中，表面活性剂的质量分数为1％～20％；

5.根据权利要求1所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s01中，所述前驱体溶液与所述表面活性剂溶液的体积比为5:3；

6.根据权利要求1所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s02中，

7.根据权利要求1所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s03中，

8.根据权利要求7所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s03中，

9.根据权利要求1所述的多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s04中，

10.一种多孔氧化铱电解水催化剂，其特征在于，所述多孔氧化铱电解水催化剂由权利要求1至9任一项所述的制备方法制备得到。

技术总结本申请提供一种多孔氧化铱电解水催化剂的制备方法，该制备方法通过在催化剂中掺杂高导电性的Nb来增加电荷量，从而提高掺杂二氧化钛的电导率；同时在传统的Adams融合法的基础上，在合成负载型催化剂过程中加入NH3·H2O并控制其用量，通过NH3·H2O取代配合物中的Cl来制备多孔氧化铱电解水催化剂。本申请还提供由上述制备方法得到的多孔氧化铱电解水催化剂。通过本申请，可以解决载体导电性差的问题，并且能够有效增大催化剂的比表面积，进而有效提升催化活性和贵金属的利用率，减少贵金属负载量，从而达到降低成本的目的。技术研发人员：翟聪慧,张震受保护的技术使用者：深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26