[发明专利]双功能Pt-IrO2

说明书

双功能Pt‑IrO₂纳米线电催化剂及其制备方法和燃料电池，以氯铂酸和氯铱酸为前驱体溶液，通过静电纺丝方法得到Pt‑IrO₂纳米线催化剂，降低催化剂载量的同时有效的增大活性面积。制备过程操作简单，催化剂中Pt、IrO₂比例可调节性好，无需其他添加剂、无泄漏、无腐蚀，制备过程操作简单、重复性好，适合规模化工业生产，在电解水领域前景广阔。其制备方法包括以下步骤：(1)制备PVP溶液，(2)将氯铂酸和氯铱酸加去离子水，形成溶液(3)按一定比例混合氯铂酸和氯铱酸溶液后加入PVP溶液，磁力搅拌形成纺丝前驱体。(4)一定条件下静电纺丝(5)烧结，得到Pt‑IrO₂纳米线催化剂。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种具有氧还原(ORR)和析氧(OER) 双功能Pt-IrO₂纳米线电催化剂及其制备方法以及可再生燃料电池。

背景技术

随着社会发展、能源枯竭以及环境污染日益严重，可再生能源在能源应用中的比例越来越大，但是可再生能源的波动性等问题阻碍人们对它的利用。电解水制氢能够有效的解决这些问题，氢气既是一种清洁能源，又可以作为储能物质，加入到可再生能源发电循环中。因此电解水制氢具有广阔的应用前景。

一体式可再生燃料电池(URFC)是一种具有两种工作模式的电池，其既可以作为燃料电池工作又可以作为电解池工作，具有能量密度高，大容量储存且无自放电等特点。可再生燃料电池的氧电极同时具备ORR和OER电催化活性，目前，性能最好的ORR催化剂为Pt基催化剂，性能最好的OER催化剂为RuO₂或IrO₂，且商业Pt/IrO₂一般为两种催化剂的直接混合，氧电极可逆性差、催化剂载量高。

叶锋等采用浸渍/煅烧的方法在钛基底上制备Pt-IrO₂催化剂，但由于纳米颗粒的团聚现象，通常会导致粒度和成分不均匀。Ye F,Li J,Wang X,et al. Electrocatalyticproperties of Ti/Pt–IrO₂anode for oxygen evolution in PEM water electrolysis[J].International Journal of Hydrogen Energy,2010,35(15):8049-8055。孔凡栋等采用多元醇法将Ir沉积到IrO₂纳米颗粒后，然后以Ir-IrO₂为支撑制备Pt/Ir-IrO₂,增加催化剂的电子导电性，但Ir在催化过程中容易被氧化，进而失去其增加导电性的作用。Kong FD,Zhang S,Yin G P,et al.Electrochemical studies of Pt/Ir–IrO2electrocatalystas a bifunctional oxygen electrode[J]. International Journal of HydrogenEnergy,2012,37(1):59-67。

综上所述，Pt-IrO₂纳米颗粒催化剂虽然在催化性能上有了很大提高，但颗粒成分不均，电子导电性差制约其发展，因此开发一种高性能双功能电催化剂 Pt-IrO₂及操作简单、重复性好的制备工艺具有重要意义。