[发明专利]一种负载型多元析氧催化剂及其制备方法无效
申请号: | 200910088962.6 | 申请日: | 2009-07-15 |
公开(公告)号: | CN101619466A | 公开(公告)日: | 2010-01-06 |
发明(设计)人: | 王新东;李山梅;魏浩杰;李建玲;叶锋;王同涛 | 申请(专利权)人: | 北京科技大学 |
主分类号: | C25B11/06 | 分类号: | C25B11/06;C25B1/04 |
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地址: | 100083*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 负载 多元 催化剂 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及的是一种多元负载型析氧阳极催化剂及其制备方法,属于质子交换膜(PEM)电解水技术领域。
背景技术
PEM水电解技术是20世纪70年代由美国通用公司研究发展起来的基于纯水电解的技术,目前尚处于研发阶段,使用质子交换膜作为电解质具有良好的机械强度和化学稳定性,高的质子传导性,良好的气体分离性等优点;较高的质子传导性,PEM电解槽可以工作在较高的电流下,从而增大了电解效率;并且由于质子交换膜较薄,减小了欧姆损失,也提高了系统的效率。采用纯水电解,避免了电解液对槽体的腐蚀。是一种安全性高的水电解技术。
水电解技术的核心是PEM膜电极,它是水电解电化学反应的场所,其中催化剂的选择优化,膜电极制备工艺的优化以及结构的设计是电解水技术的关键,它对降低电极成本,提高催化剂的利用率,减少电解能耗起到重要的作用。阴极及析氢电极一般采用Pt黑或者碳载Pt黑等铂系贵金属为催化剂,阳极析氧标准电位为1.229V,反应发生的电位较高,且由于活性氧原子的产生,使得阳极的腐蚀非常严重。在一定的电解条件下,析氧反应的难易程度主要取决于阳极材料(催化剂)的析氧电催化活性及其稳定性的优劣。
Trasatti,S..Electrocatalysis:understanding the success of DSA.Electrochim.Acta,2000,45,2377-2385报道,IrO2与RuO2等铂系贵金属氧化物是良好的析氧催化剂,然而,铂系金属资源有限,价格昂贵,使得水电解制氢的工艺成本很高,难以实现工业化。为了减少铂系金属的量,降低电解水的工业成本,主要从提高贵金属的利用率,降低贵金属用量方面着手。
发明内容
本发明提出为解决提高贵金属催化剂利用率,减少贵金属用量的问题,提出以导电性与耐蚀性兼具的TiC纳米粉体作为载体,制备负载型二元或三元负载型催化剂,使氧化物催化剂包覆在TiC纳米颗粒表面,可增大有效的电催化活性表面积,大大降低贵金属的用量,有效降低水电解制氢成本。
本发明多元负载型催化剂为Ir1-xRuxO2/TiC,其中0<x<1;或Ir1-zTazO2/TiC,其中0<z<1;或Ir1-x-yRuxTayO2/TiC,其中0<x<1,0<y<0.4且x+y<1。
本发明的制备过程包括以下步骤:
1)配置无水乙醇与异丙醇的有机溶剂,其中无水乙醇与异丙醇的比例为1∶2--2:1之间,并用已配好的有机溶剂配置催化剂前驱体溶液,前驱体溶液的金属粒子总浓度保持在0.005mol/L--0.2mol/L之间。
2)将一定量纳米碳化钛置于坩埚中,取一定量步骤1)中所制有机溶剂,滴入坩埚中,使溶剂刚好浸没TiC粉体,形成悬浊液,而后将此悬浊液冰域超声0.5--1h,取出备用。
3)将步骤1)中所制的催化剂前驱体溶液滴入载有TiC粉末的坩埚中,使TiC充分浸入其中,冰域超声10--15min后取出于80℃--100℃烘干20--40min。
4)将烘干后的粉末于390℃--490℃的管式炉中加热10--20min,取出空冷至室温。
5)将附着于坩埚壁的催化剂刮下研磨后重复以上步骤3)-4)6--10次直至催化剂担载量到预定的值,该值介于20%80%之间,制得多元负载型催化剂Ir1-xRuxO2(0<x<1)或Ir1-zTazO2(0<z<1)或Ir1-x-yRuxTayO2/TiC(0<x<1,0<y<0.4且x+y<1)。
所述前驱体溶液为H2IrCl6与RuCl3的有机混合溶液,或H2IrCl6与TaCl5的有机混合溶液,或H2IrCl6、RuCl3与TaCl5的有机混合溶液。
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