[发明专利]耐腐蚀金属氧化物基复合材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种耐腐蚀金属氧化物基复合材料，其由耐腐蚀金属氧化物和负载在耐腐蚀金属氧化物表面的贵金属纳米粒子组成。本申请还提供了耐腐蚀金属氧化物基复合材料的制备方法及其应用。本申请提供的耐腐蚀金属氧化物基复合材料解决了现有技术中质子交换膜水电解阳极催化剂的贵金属用量大、催化活性低、稳定性差，难以批量生产的技术问题。

技术领域

本发明涉及催化剂及其制备技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀金属氧化物基复合材料、其制备方法及其应用。

背景技术

质子交换膜水电解(PEMWE)因具有电流密度高、电压效率高、功率密度高以及产氢纯度高等一系列优势而成为氢能经济时代一种主要的高效环保的制氢方式。相较于传统化石燃料重整制氢，PEMWE可以利用太阳能、风能以及地热能等可再生能源作为能量来源进行水电解制氢，过程中无污染副产物，具有广阔前景且能可持续发展(Lagadec,M.F.；Grimaud,A.,Water electrolysers with closed and open electrochemicalsystems.Nat Mater 2020,19(11),1140-1150；Song,H.J.；Yoon,H.；Ju,B.；Kim,D.W.,Highly Efficient Perovskite-Based Electrocatalysts for Water Oxidation inAcidic Environments:A Mini Review.Adv.Energy Mater.2020,2002428.)。相较于碱性水电解以及固体氧化物水电解，PEMWE产物纯度高(99.9995％，无须纯化即可直接用作燃料电池阳极燃料)、原料来源广泛(反应物为纯水)、装置简单小巧，具有更高的实际应用价值(Marshall,A.；B.；Hagen,G.；Tsypkin,M.；Tunold,R.,Hydrogen productionby advanced proton exchange membrane(PEM)water electrolysers—Reduced energyconsumption by improved electrocatalysis.Energy 2007,32(4),431-436；Carmo,M.；Fritz,D.L.；Mergel,J.；Stolten,D.,A comprehensive review on PEMwaterelectrolysis.International Journal of Hydrogen Energy 2013,38(12),4901-4934.)。

然而，阳极侧氧析出反应缓慢的动力学速率、较高的反应过电势以及大量贵金属的使用严重限制着PEMWE制氢技术的商业化普及。因此，开发活性更高、贵金属用量更低的稳定氧析出反应电催化剂，对于提高PEMWE制氢技术的运行效率和降低制氢成本都是至关重要的。尽管经过多年的努力，仍然无法获得高活性的低贵金属氧析出反应催化剂。目前，最好的Ir黑催化剂既表现出高的贵金属用量，又具有不令人满意的催化活性。