【技术实现步骤摘要】
本申请属于电解水制氢的，更具体地说，是涉及一种用于电解水制氢的阳极催化剂及其制备方法。
技术介绍
1、电解水制氢以水为原料，采用电解工艺使水分解成氢气和氧气。电解水制氢具有工艺简单，无污染，制得的氢气纯度高等优点。当前主要的电解水制氢方案包括碱性电解水技术、质子交换膜电解水技术(pem-proton exchange membrane electrolysis)、阴离子交换膜电解水技术和固体氧化物电解水技术。而质子交换膜电解水技术表现出快速响应、灵活的荷载电流以及生产的氢气纯净等优点，在特定应用场景(如车规级氢能、波动性可再生能源)中质子交换膜电解水技术的优势日渐明显，受到广泛关注。
2、目前，商用pem中水电解膜电极的阴极、阳极催化剂分别为铂和铱基纳米材料，其中，析氧侧铱基催化剂的催化活性与稳定性对膜电极的效率和使用寿命起着至关重要的作用。目前制备的iro2用作pem电解的阳极催化剂，其颗粒尺寸较大，导致析氧反应动力学缓慢且质量活性较低。而目前制备iro2的方法包括熔融法、浸渍热分解法和溶胶凝胶法等。前两者主要是将铱前驱体和聚合物溶解分散于溶液中，然后通过在空气中高温热解来制备iro2颗粒。而溶胶凝胶法等则是先在溶液中制备ir和ir(oh)2胶体颗粒，然后在空气中煅烧得到iro2颗粒。溶胶凝胶法中铱往往是以单金属的形式存在，不像铂、钯等通常负载于载体之上，这样导致的结果就是ir纳米颗粒在不添加分散剂的情况下容易发生团聚现象。而且在制备阳极催化剂时，直接将氧化铱金属涂覆在基材表面，铱金属的用量较大。
3、
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种用于电解水制氢的阳极催化剂及其制备方法，以解决前的阳极催化剂使用的金属铱用量较大的技术问题。
2、为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种用于电解水制氢的阳极催化剂的制备方法，包括：
3、提供氧化铱；
4、制备碳纳米管并对所述碳纳米管进行氮掺杂，得到氮化碳纳米管；
5、采用所述氮化碳纳米管对所述氧化铱进行负载，得到所述阳极催化剂。
6、本申请实施例第一方面提供的制备方法，利用载体碳纳米管，并通过对碳纳米管进行氮掺杂，改造碳纳米管的结构(得到疏松多孔的网状结构)，使得氮化碳纳米管能够充分负载氧化铱，并且通过负载工艺，获得分散均匀的粒径小的活性氧化铱颗粒。如此可增加析氢反应的可用电化学表面积并减少操作过程中的碳损失。氧化铱颗粒分散形成更多的有效点位，从而减少抗反极膜电极单位面积中的贵金属铱的使用量，同时又能确保催化活性效果本申请实施例提供的阳极催化剂能够大大降低铱金属的用量，且提高了氧化铱催化剂的活性以及稳定性。
7、可选地，所述制备碳纳米管并对所述碳纳米管进行氮掺杂，得到氮化碳纳米管包括：
8、提供载体负载金属的层状催化剂；
9、向所述层状催化剂中通入碳源和氮源的气氛进行反应得到氮化碳纳米管。
10、优选地，所述向所述层状催化剂中通入碳源和氮源的气氛进行反应得到氮化碳纳米管包括：
11、采用流化床工艺向所述层状催化剂通入第一碳源气体进行第一催化反应得到附着于所述层状催化剂表面的初始碳纳米管，然后通入第二碳源气体和氮源气体进行第二催化反应，得到所述氮化碳纳米管。由此，可以有效避免氧对催化金属的影响，保证碳纳米管的顺利生长，并完成氮的掺杂。
12、优选地，在所述向所述层状催化剂中通入碳源和氮源的气氛进行反应得到氮化碳纳米管之前包括：将片层状催化剂进行还原活化，得到活化后的催化剂。由此，提供的片层状催化剂在经过还原活化后，催化剂的催化活性组分(金属)在载体上的吸附能力和与载体之间的离子交换能力更强；使得催化活性组分元素更容易进入片层状载体材料的内表面的介孔和微孔中；能够使得活性元素均匀分散，提高了催化剂的负载量和均匀性。在催化碳纳米管的生长过程中，使得碳源能够均匀附着于催化剂表面，在活性元素的催化作用下生长出碳纳米管；同时氮完成插入，得到掺氮的碳纳米管，该制备方法适用于流化床生产工艺，能够实现工业化生产。
13、可选地，所述第一催化反应的步骤中：
14、所述第一碳源气体的流速为500l/min～600l/min。可选地，所述第一催化反应的时间为8min～15min。高流速有助于碳源气体与催化剂的良好接触，促进碳纳米管的生长。
15、可选地，所述第二催化反应的步骤中：
16、所述第二碳源气体的流速为400l/min～500l/min。可选地，所述氮源气体的流速为50l/min～100l/min。略低于第一催化反应中的流速，有利于控制氮的掺杂。可选地，所述第二催化反应的时间为30min～40min。更长的停留时间可能有助于更充分地掺杂氮元素，有利于优化碳纳米管的结构
17、可选地，所述第一碳源气体和所述第二碳源气体包括环己酮和环己烷中的至少一种。可选地，所述氮源气体为氨气。
18、可选地，片层状催化剂为蛭石负载金属催化剂，具体地，负载的金属可以包括铁、钴、镍、铝等金属。采用上述片层状催化剂，可以有效利用催化剂载体的表面积，使得活化金属元素均匀分散，从而提高催化剂的负载量和均匀性，从而使得碳纳米管能够均匀附着于催化剂表面生长。
19、可选地，所述采用所述氮化碳纳米管对所述氧化铱进行负载，得到所述阳极催化剂包括：
20、提供第一溶剂和乳化剂；
21、将所述氧化铱、所述第一溶剂以及所述乳化剂混合超声，然后进行第一次高压均质得第一混合物；
22、向所述第一混合物加入所述氮化碳纳米管，进行第二次高压均质得所述阳极催化剂。充分利用了物理手段(如超声波、高压均质)来改善碳纳米管的分散性和混合均匀性，从而提高最终形成的阳极催化剂的催化活性和稳定性。
23、优选地，在进行第二次高压均质之后得所述阳极催化剂之前，包括依次进行超声、烘干以及研磨处理。以确保得到的阳极催化剂的颗粒尺寸的一致性，便于后续的应用。
24、可选地，在所述采用氮化碳纳米管对所述氧化铱进行负载之前，包括：对所述氮化碳纳米管进行酸洗处理，以去除所述氮化碳纳米管的杂质以及在所述氮化碳纳米管的表面引入官能团提高所述氮化碳纳米管的活性和分散性。
25、优选地，所述酸洗处理包括：
26、采用有机溶剂对所述氮化碳纳米管进行分散；
27、采用第一溶剂进行清洗、过滤；
28、采用混合酸溶液进行酸洗、后处理。
29、如此，可以有效去除碳纳米管上的杂质(金属、催化剂等)并在碳纳米管的表面引入亲水性官能团，提高其亲水性和表面活性。
30、可选地，所述氧化铱从市场购买所得，或者采用以下步骤制备而得，所述氧化铱的制备包括：
31、提供氯铱酸、乙二醇以及酸液；铱的六氯合物，通常用作铱的来源，乙二醇用作还原剂，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于电解水制氢的阳极催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备碳纳米管并对所述碳纳米管进行氮掺杂，得到氮化碳纳米管包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述向所述层状催化剂中通入碳源和氮源的气氛进行反应得到氮化碳纳米管包括：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一碳源气体和所述第二碳源气体包括环己酮和环己烷中的至少一种；和/或
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用所述氮化碳纳米管对所述氧化铱进行负载，得到所述阳极催化剂包括：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在进行第二次高压均质之后得所述阳极催化剂之前，包括依次进行超声、烘干以及研磨处理。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述采用氮化碳纳米管对所述氧化铱进行负载之前，包括：对所述氮化碳纳米管进行酸洗处理，以去除所述氮化碳纳米管的杂质以及在所述氮化碳纳米管的表面引入官能团提高所述氮化碳纳米管的活性和分散性。
8.如权利要求7所
9.如权利要求1至8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铱从市场购买所得，或者采用以下步骤制备而得，所述氧化铱的制备包括：
10.一种阳极催化剂，用于催化电解水制氢技术中，其特征在于，所述阳极催化剂采用如权利要求1至9任一项所述的制备方法制备所得，所述阳极催化剂呈网状多孔结构。
...【技术特征摘要】
1.一种用于电解水制氢的阳极催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备碳纳米管并对所述碳纳米管进行氮掺杂，得到氮化碳纳米管包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述向所述层状催化剂中通入碳源和氮源的气氛进行反应得到氮化碳纳米管包括：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一碳源气体和所述第二碳源气体包括环己酮和环己烷中的至少一种；和/或
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用所述氮化碳纳米管对所述氧化铱进行负载，得到所述阳极催化剂包括：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在进行第二次高压均质之后得所述阳极催化剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：李然，刘慧，彭隽曦，徐泽，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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