一种纳米氧化铱复合催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。根据本发明专利技术获得的复合催化剂产品，其氧化铱(IrO2)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。可以提高氧化铱的析氧活性。可以提高氧化铱的析氧活性。

【技术实现步骤摘要】
Zhang等用了类似方法合成氧化铱/氧化钌
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铂混合催化剂。
[0010]专利申请CN202110722425.3公开了一种氧化铱
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铂复合纳米催化剂及制备方法，利用溶胶凝胶法制得得到了含有氧化铱和金属态铂的复合纳米催化剂(route5，R5)，其析氧过电位低于纳米氧化铱的析氧过电位，纳米氧化铱粒径很大，为20nm～100nm，制备方法为将包括铱源和铂源的原料加入到溶剂中，沉淀后煅烧，得到氧化铱
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铂复合纳米催化剂。

技术实现思路

[0011]根据现有技术提供的制备方法R3获得的铂
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氧化铱薄层只能做在金属基体上，不能做在质子交换膜上(因为交换膜在温度100℃以上会分解)，因此不可能应用到PEM水解电解槽中。根据现有技术提供的制备方法R4聚合成的氧化铱粒径很大，在20nm～50nm左右。根据现有技术提供的制备方法R5获得的纳米氧化铱粒径也很大，为20nm～100nm。
[0012]针对现有技术中无法制备可以应用于电解水制氢且具有小粒径(小于10nm)氧化铱的催化剂，专利技术人经深入研究后，提出一种新的制备方法。
[0013]本专利技术解决的技术问题是制备一种具有小粒径(粒径小于10nm)的氧化铱催化剂，该催化剂可以在酸性溶液中电解水制成氢气和氧气。
[0014]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种纳米复合氧化铱催化剂，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。
[0015]根据某些具体实施方式，所述金属选自铂、铱、铑、钯、钌的一种或多种，优选的，选用铂、铱、铑。
[0016]根据某些具体实施方式，所述金属的粒径范围为4nm～9nm。
[0017]根据某些具体实施方式，所述氧化铱的粒径范围为小于10nm。
[0018]根据某些具体实施方式，所述纳米氧化铱复合催化剂的析氧电流大于100毫安/毫克催化剂@1.8V vs.RHE。
[0019]第二方面，本专利技术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。
[0020]根据某些具体实施方式，所述金属粒子的悬浮液选自铂黑粒子、铱黑粒子、铑黑粒子、钯黑粒子、钌黑粒子的悬浮液的一种或多种，优选的，选用铂黑粒子、铱黑粒子、铑黑粒子。
[0021]根据某些具体实施方式，将所述氢氧化铱/氧化铱水合物的悬浊液与所述铂黑粒子的悬浮液混合、搅拌1小时、过滤、干燥、在高于350℃的热空气中热处理2小时。
[0022]第三方面，本专利技术提供一种纳米氧化铱
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铂复合催化剂的制备方法，包括：
[0023]将含卤铂前驱物溶于强酸，并使其与银离子反应，除去卤化银沉淀后获得反应液，在pH缓冲剂的存在下，加入氢氧化物溶剂，以调节所述反应液的pH值为3～4之间，经加热反应后，得到铂黑粒子的悬浮液；
[0024]将含卤铱前驱物溶于去离子水中，加入抗氧化剂，加热至高于40℃，加入碱性化学剂，以调节所述反应液的pH值为8～9之间，使氢氧化铱/氧化铱水合物沉淀，得到氢氧化铱/氧化铱水合物的悬浊液；
[0025]将所述氢氧化铱/氧化铱水合物的悬浊液倒入所述铂黑粒子的悬浮液中，搅拌混
合、过滤、干燥、热处理后制得氧化铱
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铂复合催化剂。
[0026]根据某些具体实施方式，所述氧化铱
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铂复合催化剂中，所述铂黑粒子的粒径范围为4nm～9nm，所述氧化铱的粒径范围为小于10nm。
[0027]根据某些具体实施方式，所述强酸选自HClO4、HBrO4、HNO3、HCl和HBr中的一种或多种。
[0028]根据某些具体实施方式，所述含卤铂前驱物选自H2PtCl6、Na2PtCl6、Na2PtCl4、K2PtCl4、Na2PtBr6或Na2PtI6中的一种或多种。
[0029]根据某些具体实施方式，所述pH缓冲液为醋酸、丙酸、丁酸或磷酸中的一种或多种。
[0030]根据某些具体实施方式，所述含卤铱前驱物选自H2IrCl6、Na2IrCl6、K2IrCl6、Na2IrBr6的一种或多种。
[0031]根据某些具体实施方式，所述碱性化学剂选自NaOH或KOH。
[0032]第四方面，本专利技术还提供一种纳米氧化铱复合催化剂、纳米氧化铱复合催化剂的制备方法、纳米氧化铱
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铂复合催化剂的制备方法在电水解制氢上的应用。
[0033]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：
[0034]首先，根据本专利技术的制备方法获得的催化剂产品中的氧化铱(IrO2)粒子具有良好的金红石结构，且粒子的粒径控制于10nm范围内，优选的，粒径的范围为6nm～9nm。
[0035]其次，本专利技术的催化剂具有相当好的表面积与析氧活性，在一些具体实施例中，铂
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氧化铱催化剂的析氧电流高达126毫安/毫克催化剂@1.8V vs.RHE，以及具有良好的导电性、耐久性。
[0036]再次，本专利技术的催化剂制备工艺简单，不需要使用商用或者其他市售铂黑粒子、铱黑粒子、铑黑粒子等金属粒子，在合成氧化铱水合物的同时加入铂黑粒子、铱黑粒子、铑黑粒子等金属粒子，生成氧化铱复合催化剂。
[0037]最后，本专利技术的催化剂可以于酸性溶液中电解水制成氢气及氧气，构成再生式生命保障系统，加速能源清洁化转型进程，满足日益增长的脱碳减排需求。
[0038]除非另有说明，本专利技术所使用的下列术语和短语旨在含有下列含义。一个特定的短语或术语在没有特别定义的情况下不应该被认为是不确定的或不清楚的，而应该按照普通的含义去理解。当本文出现商品名时，旨在指代其对应的商品或其活性成分。
[0039]缩略词或术语：Pt：铂，铂黑粒子；Ir：铱，铱黑粒子；IrO2：氧化铱；Ru：钌，钌黑粒子；Rh：铑，铑黑粒子；Pd：钯，钯黑粒子；Ta：钽；RuO2：氧化钌；PtO2：氧化铂；H2O：水；IrOH：氢氧化铱；NaOH：氢氧化钠；Na2PtCl4：氯铂酸钠；HClO4：高氯酸；H2IrCl6：六氯铱酸；HNO3：硝酸；NaNO3：硝酸钠；AgNO3：硝酸银；Ir(NO3)4：硝酸铱；NaCl：氯化钠；TaC：碳化钽；Ta2O5：氧化钽；NaTaO3：钽酸钠；N2：氮气；O2：氧气；NO2：二氧化氮；℃：摄氏度；nm：纳米；g：克；μg：微克；mol/L：摩尔/升；V：伏特；mV/s：毫伏/秒；mA：毫安；1M：1摩尔浓度；2Theta：2θ；Rutile：金红石；XRD：X
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ray Diffractometer，X射线衍射；Hexachloroiridic(IV)acid hydrate：H2IrCl6·
xH2O，六氯铱酸水合物；PEM水解：Polyelectrolyte Membrane Water Electrolysis；R本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求1所述的纳米氧化铱复合催化剂，其特征在于，所述金属选自铂、铱、铑、钯、钌的一种或多种。3.根据权利要求2所述的纳米氧化铱复合催化剂，其特征在于，所述金属的粒径范围为4nm～9nm。4.根据要求要求1所述的纳米氧化铱复合催化剂，其特征在于，所述氧化铱的粒径范围为小于10nm。5.根据权利要求1所述的纳米氧化铱复合催化剂，其特征在于，所述纳米氧化铱复合催化剂的析氧电流大于100毫安/毫克催化剂@1.8V vs.RHE。6.一种纳米氧化铱复合催化剂的制备方法，其特征在于，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。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述金属粒子的悬浮液选自铂黑粒子、铱黑粒子、铑黑粒子、钯黑粒子、钌黑粒子的悬浮液的一种或多种。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，将所述氢氧化铱/氧化铱水合物的悬浊液与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹裕民，丁奇，左晨晨，
申请(专利权)人：上海济平新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：