[发明专利]高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法

说明书

本申请公开一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法，通过超声雾化热解得到氧化铱与添加剂所含金属的氧化物的混合物，然后酸处理、洗涤干燥后得到具有高结晶水含量的纳米氧化铱催化剂。该制备方法所得催化剂活性高，稳定性好，且制备工艺具有流程短、可连续生产，易于规模化等特点。

技术领域

本申请涉及催化剂技术领域，具体涉及一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气是一种能源载体，它既可以用作燃料，也可以用作大规模储存能量。然而，只有当使用太阳能或风等可再生能源发电从丰富的可持续分子(如水)中获取氢气时，氢气才是真正意义上的可持续清洁能源。在水电解技术中，质子交换膜水电解(PEMWE)有望发挥关键作用，尤其是与间歇转换系统的耦合方面PEMWE有着无可比拟的优势。然而该技术的局限性之一是阳极析氧反应(OER)所需的高电位，以及由此带来的高能耗影响了能量转换效率，从而影响了氢气的成本。

迄今为止，兼具高活性和稳定性的OER催化剂是铱基催化剂，而氧化铱因具有更高的质量电流密度比而被广泛应用。为了进一步提高铱基催化剂的性能，人们进行了大量的探索。如经常提出非贵金属与铱基材料形成混合氧化物或钙钛矿型催化剂，这些催化剂与纯氧化铱相比具有更高的电化学活性，然而他们通常容易因非贵金属浸出而出现氧化铱微观排列结构不稳定，因而导致催化剂稳定性下降的问题。

如何进一步提高铱基催化剂的活性和稳定性，是目前亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，以提高铱基催化剂性能。

本申请提供的一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂的制备方法，包括：向竖式石英管中通入载气，并保持气流恒定；将石英管中部加热至指定温度；配制一定浓度的铱的前驱体和添加剂的混合溶液；将所述混合溶液导入到连接在所述石英管一端的超声雾化器中，对所述混合溶液进行雾化，并通过所述超声雾化器向所述石英管中进样，雾化后的微液滴在所述载气的带动下通过所述石英管，在所述石英管中进行热解；收集热解后产物。

可选的，所述指定温度的范围为400℃～1200℃。

可选的，所述载气为清洁空气或氧氮气混合气；和/或，将所述载气从所述石英管的上端通入；和/或，所述载气流量范围为800mL/min～1600mL/min；和/或，所述超声雾化器向石英管中进样的速率为0.2mL/min～0.5mL/min。

可选的，所述铱的前驱体包括乙酰丙酮铱、氯化铱以及氯铱酸中的一种或几种；所述混合溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇以及异丙醇中的一种或几种，且溶剂中过氧化氢的体积分数为5％～20％，所述混合溶液中铱的前驱体的浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。

可选的，所述添加剂包括碱金属、碱土金属以及铁、钴、镍、铜、锌中的一种或几种金属的硝酸盐；和/或，所述添加剂与所述铱的前驱体的分子摩尔比为1:(1～10)。

可选的，收集热解后产物的方法包括：将石英管另一端排出的热解产物和载气通入洗涤溶液中，热解后的产物被收集，而经过洗涤后的未反应气体作为尾气排出；将收集的产物中的固体分离出来后酸洗、洗涤并干燥。

可选的，所述洗涤溶液包括水或乙醇水溶液中的至少一种；和或，通过收集装置收集所述热解后产物；所述收集装置内盛有所述洗涤溶液，一端连通所述石英管的排气端，另一端连通至外部环境；和/或，所述酸洗包括：将分离出的固体投入0.1M～3M的硫酸、硝酸或盐酸中的任意一种酸的水溶液中，并在室温下搅拌2h～20h。

本申请还提供一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，采用上述任一项所述的制备方法所制备而成。

本申请还提供一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，所述纳米氧化铱电催化剂内部具有金红石相结构，表面具有结晶水结构。