[发明专利]一种纳米氧化铱复合催化剂、制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种纳米氧化铱复合催化剂，包括氧化铱与金属，所述氧化铱与所述金属的摩尔比范围为95:5～10:90。本发明还提供一种纳米氧化铱复合催化剂的制备方法，将氢氧化铱/氧化铱水合物的悬浊液与金属粒子的悬浮液混合、过滤、干燥、热处理后制得纳米氧化铱复合催化剂。本发明提供的纳米氧化铱复合催化剂可应用于电解水制氢中，在酸性溶液中作为阳极催化剂电解水成氢气及氧气。根据本发明获得的复合催化剂产品，其氧化铱(IrOsubgt;2/subgt;)粒子可形成良好的金红石构造，同时，该复合催化剂产品具有相当的表面积与活性，有较好的导电性及耐久性，同时可以提高氧化铱的析氧活性。

技术领域

本发明涉及电化学催化剂领域，尤其涉及一种纳米氧化铱催化剂、制备方法及其应用。

背景技术

氧化铱有诸多用途，例如，可以利用氧化铱来制备阳极涂层材料，其掺杂制备的电极具有良好的电催化活性和电解耐久性，在酸性电解溶液中使用时具有稳定性好、电流大、工作寿命长的优点。此外，氧化铱可以用来制作再生燃料电池的催化剂和高精度的pH电极等。在电解水制氢过程中，阳极的去极化对于整个电解水制氢的能耗降低具有重要意义，而阳极的析氧去极化主要靠阳极催化剂。氧化铱属于半导体型氧化物，具有金属导电性，可用于析氧反应，是比较好的析氧催化剂。

制备金属氧化物最常用的方法是Adam’s method。类似的方法最早是用来制备氧化铂(Journal of the American Chemical Society,1923；45:2171-2179.)，通过混合氯铂酸与硝酸钠，然后再进行热处理，最终制得氧化铂。合成氧化铱的方法由A.Marshall等人在2005年提出(Marshall A, B,Hagen G,Tsypkin M,Tunold R,MaterialsChemistry and Physics,2005；94:226-232.)，其中的固态化学反应可表示如下：

H₂IrCl₆ + 6NaNO₃ → 6NaCl + Ir(NO₃)₄ + 2HNO₃         (1)

Ir(NO₃)₄ → IrO₂ + 4NO₂ + O₂          (2)

通过上述“类Adam’s method”方法(route1，R1)获得的在碳化钽载体上的催化剂的晶体大小范围在4nm～8nm之间。但是，因载体碳化钽(Ta)在合成时被氧化变成氧化钽，还伴有钽酸钠的生成，使得载体导电度降低甚多，导致催化剂利用率大幅降低。况且通过此方法会产生有毒的二氧化氮，同时在量产上有较多挑战。

另一种方法(route2，R2)是由P.Beutler and H.在1976年提出(Journal of the Chemical Society,Chemical Communications,554(1976).)。这个方法是基于IrCl₆^-4在碱性水溶液中被还原生成Ir(OH)₃^-3，调整pH到中性后，形成Ir(OH)₃(H₂O)₃，再进行热处理(温度大于350℃),最后得到氧化铱金红石晶体。

与用金属做催化剂相比较，用氧化铱做催化剂有一个缺点，即导电度较低，且其延展性不及金属粒子。因此，研究者就想到加入金属粒子到含氧化铱催化剂中，如铂。在International journal of hydrogen energy(Volume 35(2010)8049-8055)中，Feng Ye等人用浸涂-烘烤(dip-coating)从氯铂酸与氯铱酸开始，在钛载体上形成铂-氧化铱薄层(route3，R3)。