[发明专利]一种适用于酸性水电解析氧的具有毛刺结构的中空纳米棒状氧化铱催化剂的制备方法

说明书

本发明公开一种适用于酸性水电解析氧的具有毛刺结构的中空纳米棒状氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）以铜箔为基底，用稀盐酸、纯水超声清洗；将铜箔转移到NaOH溶液中浸没，冰浴，滴加(NHsubgt;4/subgt;)subgt;2/subgt;Ssubgt;2/subgt;Osubgt;8/subgt;溶液，冰浴，取出铜箔，用纯水清洗，退火，得到生长于铜箔表面的Cusubgt;2/subgt;O纳米棒；（2）在水热釜中，将生长于铜箔表面的Cusubgt;2/subgt;O纳米棒作为牺牲模板，加入铱的盐溶液，再加入NHsubgt;4/subgt;F溶液和CHsubgt;4/subgt;Nsubgt;2/subgt;O溶液，浸没，进行水热处理和沉淀反应，置于稀盐酸溶液中超声处理，离心清洗；（3）焙烧，冷却后洗涤，真空干燥，研磨。本发明提供的方法能制备得到具有毛刺结构的中空纳米棒状氧化铱催化剂，催化活性好、化学耐久性长。

技术领域

本发明属于水电解制氢技术领域，具体涉及一种适用于酸性水电解析氧的具有毛刺结构的中空纳米棒状氧化铱催化剂的制备方法。

背景技术

氢气已经成为公认的未来理想能源的载体，它可由传统煤、石油、天然气等化石燃料制取，也可由风能、太阳能等清洁能源制取，可再生能源获取氢能被认为是“绿氢”。在众多制氢工艺中，质子交换膜（PEM）技术路线具有原料简单易得、结构紧凑、电流密度大、启动响应快、无温室气体排放、纯度高等优点。此外，PEM制氢技术非常适合与光伏、水电、风电等可再生能源联动，将“弃电”转换为化学能进行存储。

电解水主要涉及两个半反应过程，阴极的氢析出反应（HER）和阳极的氧析出反应（OER）。相较于阴极发生的HER反应，阳极OER反应过程更加的负载，也是制约PEM电解技术发展的主要瓶颈。OER的催化反应路径中通常涉及多步多电子的转移过程，同时存在多个含氧中间体的吸脱附过程。导致阳极需要更高的过电势去克服反应能垒，因而PEM电解水中主要的能量损失来源于阳极的高电位。传统的过渡金属催化剂很容易在高氧化电位下失活，因此OER催化剂的选择主要局限在金属氧化物。然而，OER过程中金属氧化物表面的晶格氧会直接参与反应，虽然此步骤能够降低催化反应的能垒，然而含氧官能团与晶格氧的耦合转移过程还会带来催化剂结构的坍塌，导致催化活性和耐久性的衰减。

考虑到PEM测试过程中的高氧化电位，目前为止，IrO₂仍然是OER性能最优异的催化剂。但是Ir元素在地球的储量稀少，价格昂贵，增加了PEM电解水的成本。因此，如何提高IrO₂的催化性能来降低IrO₂的使用量是该领域的技术难点。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱催化剂的制备方法，能制备得到具有中空纳米棒状且具有毛刺结构的氧化铱催化剂，物相分布均匀、比表面积良好、催化活性好、化学耐久性长。

一种适用于酸性水电解析氧的具有毛刺结构的中空纳米棒状氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）以铜箔为基底，用稀盐酸、纯水超声清洗；随后将铜箔转移到NaOH溶液中，冰浴0.5-1h，然后向其中滴加 (NH₄)₂S₂O₈溶液至体系的pH为6-7，继续冰浴0.5-2h，取出铜箔，用纯水清洗，得到Cu(OH)₂前驱体材料，在N₂保护下进行退火处理，得到生长于铜箔表面的Cu₂O纳米棒；

（2）在水热釜中，将所述生长于铜箔表面的Cu₂O纳米棒作为牺牲模板，加入铱的盐溶液，然后加入NH₄F溶液和CH₄N₂O溶液，同步进行水热处理和沉淀反应，获得棒状阵列样品中间体，然后置于稀盐酸溶液中进行超声处理，离心清洗，得到催化剂前驱体；

（3）将所述催化剂前驱体焙烧，冷却后先用稀盐酸溶液洗涤，再用水洗涤至清洗液中无氯离子，真空干燥，研磨。