[发明专利]一种催化剂及其制备方法

说明书

一种催化剂及其制备方法，属于电解水制氢技术领域；催化剂包括IrOsubgt;2/subgt;和REsubgt;2/subgt;Irsubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;的晶态复合物，REsubgt;2/subgt;Irsubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;的晶型为烧绿石型；REsubgt;2/subgt;Irsubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;中的RE为镧系稀土元素；利用REsubgt;2/subgt;Irsubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;的高析氧催化活性，提高了整个催化剂的析氧催化活性；利用IrOsubgt;2/subgt;来和REsubgt;2/subgt;Irsubgt;2/subgt;Osubgt;7/subgt;在析氧过程中表面发生重构生成的非晶态IrOsubgt;x/subgt;形成氧化物异质结，该氧化物异质结能够在高电位下稳定活性相，避免IrOsubgt;x/subgt;氧化成更高价态的可溶性铱酸盐，进而增强了催化剂的析氧稳定性，同时，该氧化物异质结综合了晶相IrOsubgt;2/subgt;优良的导电性以及IrOsubgt;x/subgt;非晶相丰富的活性位点的优势，能够有效调节电子结构以及对析氧反应中间体的吸附能。

技术领域

本申请涉及电解水制氢技术领域，具体而言，涉及一种催化剂及其制备方法。

背景技术

相对于传统化石能源，氢气是一种高能量密度载体。现阶段以质子交换膜水电解为代表的电解水技术具有快速的电流响应，高的工作电流密度以及产氢纯度的优点，是实现大规模电能向氢能转化的理想途径。传统的质子交换膜水电解用阳极催化剂主要依赖贵金属IrO₂，通常所需用于克服阳极本征势垒所需的过电位仅介于300～350mV。同时，受贵金属Ir低的地表储量、高昂价格等因素的影响，质子交换膜水电解系统的产业化受到严重限制。

有学者提出了以铱酸盐烧绿石(A₂B₂O₇)、钙钛矿(ABO₃)为代表的催化剂，该类催化剂能够在低铱用量下超越传统IrO₂的酸性析氧催化活性，是目前质子交换膜水电解用阳极催化剂的主要研究对象，如Y₂Ir₂O₇(J.Phys.Chem.C 2022,126,1751-1760)和SrIrO₃(ACSAppl.Mater.Interfaces 2019,11,42006-42013)。但这些铱酸盐作为析氧催化剂时，表面将发生不可逆的结构演变、如A位阳离子脱除及表面原位重构生成IrO_x。尽管IrO_x依然具有超越IrO₂的析氧活性，但在酸性介质高氧化电位下使用时，将进一步氧化为更高价态的可溶性铱酸盐，导致催化剂的析氧稳定性较低。

目前针对铱酸盐化合物析氧稳定性提升的手段主要为B位元素掺杂，包括Cr、Zr、Ti等，主要原理是利用A位元素表面脱除后，Cr、Zr、Ti与Ir形成相应耐酸抗氧化的复合金属氧化物，从而抑制铱酸盐从表面向内部的重构演变和结构崩溃。虽然其催化稳定性得到大幅度提升，但析氧活性却因IrOx生成的数量太少而发生下降。

发明内容

本申请的目的在于提供一种催化剂及其制备方法，其能够兼顾催化剂的析氧活性和析氧稳定性。

第一方面，本申请实施例提供了一种催化剂，所述催化剂为IrO₂和RE₂Ir₂O₇的晶态复合物，所述RE₂Ir₂O₇的晶型为烧绿石型；所述RE₂Ir₂O₇中的RE为镧系稀土元素。