[发明专利]一种IrO2

说明书

本发明公开一种制备IrO₂@Ir核壳结构电催化析氧反应催化剂的方法，包含以下步骤：材料的预处理；称量和分散；激光处理；退火。本发明还公开一种IrO₂@Ir核壳结构电催化析氧反应催化剂，采用上述方法制备而成。

技术领域

本发明涉及电催化材料应用领域，具体涉及一种用于电催化析氧反应的催化剂。

技术背景

由于人类对自然资源的过度消耗，特别是对化石燃料的过度开采和使用，能源资源短缺、环境污染问题日趋严重，可持续清洁能源的开发利用日益紧迫。在各类清洁能源中，氢气储能密度高、元素丰度高，且燃烧产物为水，从而成为理想的能源材料。电催化分解水被认为是快速、高效获得氢气的方法之一。电催化分解水包括两个半反应，分别为电催化析氢反应和电催化析氧反应。其中，电催化析氢反应过程中，包含了两个电子-质子耦合转移过程，而电催化析氧反应包括四个电子-质子转移过程。电催化析氧反应的复杂性导致其过电位高，成为电催化分解水的瓶颈。为了降低电催化析氧反应的过电位，电催化剂起到决定性作用。因此，设计和寻找具有低成本、高效率的电催化析氧反应催化剂，是将氢能推向实际应用的重中之重。

通常，增强电催化析氧反应催化剂催化活性两个重要的方法是，增加催化活性位点负载量和增强电导率。构造不同的纳米形貌以及减小颗粒大小以增大比表面积，一般可以提高活性位点负载量；而与高导电率材料复合，或在导电衬底上合成催化剂，一般可以提高材料整体的导电率。以上两种手段是获得良好的电催化析氢反应催化剂的技术路径。已有报道，贵金属铱的氧化物是具有较高催化活性和稳定性的电催化析氧反应催化剂，但在电催化析氧反应的过程中，过电位及塔菲尔斜率仍然较高。

发明内容

本发明的目的在于通过结合铱、氧化铱的电催化析氧反应的催化能力，提高活性位点的负载量和导电性，提出一种IrO₂@Ir核壳结构电催化析氧反应催化剂，提高电催化析氧反应的催化活性。

本发明提出的一种IrO₂@Ir核壳结构电催化析氧反应催化剂，具有以下特点：

①包含核壳结构，核心材料为IrO₂，壳层材料为Ir；

②核心的直径为30纳米到50纳米，壳层的厚度为2纳米至3纳米；

③壳层由大量Ir球紧密堆积而成，Ir球的直径为2纳米至3纳米；

④Ir球内部包含孪晶界。

本发明的另一个目的在于提出一种通过对IrO₂原料进行简单而快速的加工，得到所述的IrO₂@Ir核壳结构电催化析氧反应催化剂的制备方法。

本发明的实现包括以下步骤：

①材料的预处理：采用纯度为99.99%的IrO₂，研磨成粉末；

②称量和分散：称量3克 IrO₂粉末，均匀分散于1 cm²的玻璃片上，采用盖玻片紧压，使样品各处厚度均一，称量误差为± 0.005克；

③激光处理：采用纳秒激光器对样品进行照射，脉冲时间为8-15纳秒，激光频率为10-25千赫兹，照射时长为60秒；

④退火：在800摄氏度下退火2小时。

本发明提出的一种IrO₂@Ir核壳结构电催化析氧反应催化剂，用于电催化析氧反应时，在电流密度为10 mA/cm2的条件下，过电位明显低于商用的IrO₂催化剂；塔菲尔斜率明显低于商用的IrO₂催化剂。

附图说明