一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能

本发明属于新材料，具体涉及一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法。

背景技术：

1、由可再生能源驱动的电催化水分解为绿色制氢提供了一个有吸引力的战略，有助于实现一个完全脱碳的社会。质子交换膜水电解(pemwe)制氢技术具有结构紧凑、电流密度大、效率高、操作压力大、氢纯度高等优点。阳极的析氧反应(oer)由于其缓慢的oer动力学，在影响整体器件效率方面起着重要作用，因此开发在酸性介质中稳定且具有高活性的oer催化剂是实现pemwe制氢技术的高质量发展的关键。

2、铱(ir)基材料被认为是酸性oer的标杆，因为它可以在强酸性介质中稳定存在。然而，铱的年产量极低，成本非常高，甚至高于pt，阻碍了pemwe制氢技术的大规模部署。而且ir催化剂的电催化oer性能不太理想，仍有待提升。因此开发出一种既能降低铱消耗又能改善酸性oer性能的高效稳定电催化剂至关重要。

3、钼储量丰厚，d层电子轨道丰富，价态较多、可在酸性介质中稳定存在。并且钼基材料具有很好的质子转移能力，可以很好的实现大电流传输。但在掺杂过程中如何将mo精准的掺入iro2的晶格也是一个亟待解决的关键科学问题。炭黑作为载体其与活性物质之间多为点对点接触，炭黑比表面积大其可以负载更多的活性种且碳载体的引入可以防止纳米粒子在高温还原退火中团聚。在高质子浓度的酸性介质中，关键中间体在iro2表面去质子化过程中受限，而高价mo的掺杂有助于加速iro2表面重构和去质子化，从而产生更多的活性物种，有助于提高催化剂的本征催化活性。而且，高价钼的缓冲电荷补偿可以有效地避免ir位点的过度氧化和晶格氧的溶解，提高铱基催化剂的耐久性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能。本发明以炭黑作为载体通过超声辅助机械搅拌湿浸渍金属(mo5+、ir3+)前驱体，通过退火还原，空气氧化除去碳载体，最终通过酸浸来除去多余杂质来获得具有高活性高稳定性的双金属钼掺杂的铱基催化剂(mo@iro2/ir)。可以有效降低铱基催化剂的成本、同时提高铱基催化剂的本征活性及耐久性。

2、进一步地，所述的制备方法包括以下步骤：

3、步骤1：通过2～3h的超声将ircl3·3h2o、mocl5粉末充分分散于盐酸溶液中。

4、步骤2：通过长时间机械搅拌将炭黑分散在含有mo5+和ir3+的溶液中，使炭黑充分浸渍金属前驱体。

5、步骤3：利用旋蒸技术去除溶剂，并将获得的粉末在鼓风干燥箱中烘干。

6、步骤4：将粉末在ar/h2气氛下退火还原得到irmo/c前驱体。

7、步骤5：将粉末在马弗炉中氧化去除碳载体。

8、步骤6：将得到的样品用盐酸长时间酸浸去除多余杂质。

9、步骤7：将酸浸后的样品离心、抽滤洗涤至中性。

10、步骤8：将样品在鼓风烘箱烘干得到双金属钼掺杂的铱基催化剂(mo@iro2/ir)。

11、本发明提出一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的新方法，具有以下的独特优点：①钼基催化剂储量丰厚，d层电子轨道丰富，价态较多、可在酸性介质中稳定存在。②钼基材料具有很好的质子转移能力，可以很好的实现大电流传输。③高价mo的掺杂有助于加速iro2表面重构，可以产生更多的活性物种，从而有助于提高催化剂的本征活性。④高价钼的缓冲电荷补偿，可以有效地避免了晶格氧的过度损失，使其耐久性提高。

技术特征：

1.根据权利要求1所述的一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法，其特征在于，步骤(1)使用包括但不限于mocl5作为钼源。

3.根据权利要求1所述的一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法，其特征在于，步骤(1)ircl3·3h2o、mocl5的摩尔比为1:1-1：10。

4.根据权利要求1所述的一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法，其特征在于，步骤(2)退火温度为600-1000℃。

5.根据权利要求1所述的一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法，其特征在于，步骤(3)马弗炉中氧化去除碳载体温度为300～660℃。

6.根据权利要求1所述的一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法，其特征在于，步骤(4)得到双金属铱基催化剂(mo@iro2/ir)的成分包括但不限于iro2、ir、moo3。

技术总结本发明公开了一种基于钼掺杂的策略用于改善铱基电催化剂的酸性析氧反应性能的方法，属于新能源材料技术领域。本发明以MoCl<subgt;5</subgt;为高价钼源，炭黑作为载体通过超声辅助机械搅拌湿浸渍金属(Mo<supgt;5+</supgt;、Ir<supgt;3+</supgt;)前驱体，通过退火还原，空气氧化除去碳载体，最终通过酸浸来除去多余杂质来获得具有高活性高稳定性的双金属钼掺杂的铱基催化剂(Mo@IrO<subgt;2</subgt;/Ir)电催化材料。高价钼的掺杂有助于加速IrO<subgt;2</subgt;表面重构和去质子化，从而产生更多的活性物种，有助于提高催化剂的本征催化活性。而且高价钼的缓冲电荷补偿可以有效地避免Ir位点的过度氧化和晶格氧的溶解，提高铱基催化剂的耐久性。该发明对高性能低铱载量酸性析氧反应电催化剂的开发具有重要指导意义。技术研发人员：黄毅超,高晓慧,王思琪,刘锦豪,黄宝迎,朱木子受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/11/18