《一种用于水电解的IROSUB2/SUB催化剂及其制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种用于水电解的IROSUB2/SUB催化剂及其制备方法.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104209121A43申请公布日20141217CN104209121A21申请号201410401054922申请日20140814B01J23/46200601C25B1/0420060171申请人中国科学院长春应用化学研究所地址130022吉林省长春市朝阳区人民大街5625号72发明人邢巍李国强刘长鹏梁亮李晨阳74专利代理机构长春菁华专利商标代理事务所22210代理人李外54发明名称一种用于水电解的IRO2催化剂及其制备方法57摘要本发明提供一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，属于电化学领域。该方法是先将氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入氯铱酸，得到第一溶液；将第一。
2、溶液在油浴中反应，反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液；向第二溶液中加入酸，调节PH，离心，干燥，得到铱的氢氧化物；将上述铱的氢氧化物在空气气氛中灼烧，得到用于水电解的IRO2催化剂。本发明还提供一种用于水电解IRO2催化剂。本发明的制备方法简单、条件可控，得到的IRO2催化剂具有较高的催化活性与稳定性，本发明的IRO2催化剂对氧溶出反应的面积比活性为8437MA/CM2,是商业化IRO2催化剂面积比活性的181倍。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图3页10申请公布号CN104209121ACN1042091。
3、21A1/1页21一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤A将氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入氯铱酸，得到第一溶液；B将第一溶液在油浴中反应，反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液；C向第二溶液中加入酸，调节PH，离心，干燥，得到铱的氢氧化物；D将上述铱的氢氧化物在空气气氛中灼烧，得到用于水电解的IRO2催化剂。2根据权利要求1所述的一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，其特征在于，所述氯铱酸和氢氧化钠的摩尔比为05151030。3根据权利要求1所述的一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤B中油浴反应温度为60100，反应时间为40MIN80MIN。
4、。4根据权利要求1所述的一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的酸为硝酸、硫酸或高氯酸。5根据权利要求1所述的一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的酸的浓度为0515MOL/L。6根据权利要求1所述的一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤的D的灼烧温度为300500，灼烧时间为30MIN90MIN。7权利要求16任何一项所述的制备方法得到的IRO2催化剂。权利要求书CN104209121A1/4页3一种用于水电解的IRO2催化剂及其制备方法技术领域0001本发明属于电化学领域，具体涉及一种用于水电解的IRO2催化剂及其制备方法。背景。
5、技术0002氢气是一种清洁、高效的能源载体，它具有可再生、无污染的特点。水电解制备氢气是制氢的一个重要手段，是一种非常成熟的制备高纯氢的技术。目前常采用的是碱性水电解技术，存在液体电解质容易流失、设备易腐蚀等缺点。固体电解质水电解相比于传统的碱性水电解具备明显的优点，如更高的安全可靠性、电流密度高、能量效率高、比产能高，而且由SPE水电解池制备的氢气纯度可高达9999，这些优点使得SPE水电解成为近年来制氢技术的研究热点。0003目前在SPE水电解中常用的固体电解质膜为质子交换膜，其水电解过程是质子交换膜燃料电池反应的逆反过程。该电解池装置结构类似于质子交换膜燃料电池，但以不同的方式工作。在S。
6、PE水电解中，在电解池上加以电压并通入纯净的水后，在阳极上发生氧析出反应并释放出氧气，在阴极上发生质子的还原并释放出氢气。电解质既作为导质子的介质，又作为隔离氢、氧气体的隔膜。0004在固体聚合物电解质水电解池中，催化层是电极进行电化学反应的场所，催化层的结构、催化剂的活性和稳定性对电池的性能均有重要影响。水电解分为阴极和阳极，主要的电化学极化产生于阳极的电化学过程。所以，要求阳极催化剂要在整个电势窗内具有优良的活性与稳定性。目前，使用广泛的氧析出反应催化剂为贵金属氧化物IRO2，RUO2等。其中，因在高电势下的高活性与稳定性使IRO2最为普遍使用，其性能主要取决于形貌，表面结构与晶相。000。
7、5现有技术公开了多种IRO2纳米催化剂的制备方法,如传统的ADAMSFUSIONERASTEN,GHAGENANDRTUNOLD,ELECTROCHIMACTA,2003,48,39453952和胶体法JCCRUZ,VBAGLIO,SSIRACUSANO,RORNELAS,LORTIZFRADE,LGARRIAGA,VANTONUCCIANDASARICO,JNANOPARTRES,2011,13,16391646，这两种方法制备的IRO2由于颗粒团聚，比表面积较小,影响了其氧析出催化性能，商业化IRO2催化剂面积比活性为4661MA/CM2。所以如何在没有载体的情况下使IRO2颗粒较小且分散。
8、尽量均匀是主要解决的问题。发明内容0006本发明的目的是为了解决现有的制备方法得到的IRO2颗粒团聚、比表面积较小的问题，而提供一种用于水电解的IRO2催化剂及其制备方法。0007本发明首先提供了一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，包括以下步骤0008A将氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入氯铱酸，得到第一溶液；0009B将第一溶液在油浴中反应，反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液；0010C向第二溶液中加入酸，调节PH,离心,干燥,得到铱的氢氧化物；说明书CN104209121A2/4页40011D将上述铱的氢氧化物在空气气氛中灼烧，得到用于水电解的IRO2催化剂。0012优选的是，所述氯铱酸。
9、和氢氧化钠的摩尔比为05151030。0013优选的是，所述的步骤B中油浴反应温度为60100，反应时间为40MIN80MIN。0014优选的是，所述的酸为硝酸、硫酸或高氯酸。0015优选的是，所述的酸的浓度为0515MOL/L。0016优选的是，所述的步骤的D的灼烧温度为300500，灼烧时间为30MIN90MIN。0017本发明还提供上述制备方法得到的IRO2催化剂。0018本发明的有益效果0019本发明首先提供一种用于水电解IRO2催化剂的制备方法，该方法是先将氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入氯铱酸，得到第一溶液；然后将第一溶液在油浴中反应，反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液；向第二溶液。
10、中加入酸，调节PH,离心,干燥,得到铱的氢氧化物；最后将上述铱的氢氧化物在空气气氛中灼烧，得到用于水电解的IRO2催化剂。与现有技术相比,将氯铱酸反加到氢氧化钠碱液中可以提供更多的成核位点，从而使粒子分散均匀并防止粒子团聚，得到更小粒径的纳米催化剂；热处理中适宜的处理温度和处理时间得到的粒子具有较小与均匀分散的形貌，从而具有较高的催化性能。另外，本发明提供的制备方法简单易操作，制备过程条件可控，节能环保。0020本发明还提供一种用于水电解IRO2催化剂，该IRO2催化剂具有较高的催化活性与稳定性，实验结果表明，通过本发明提供的方法得到的IRO2催化剂对氧溶出反应的面积比活性为8437MA/CM。
11、2,是商业化IRO2催化剂面积比活性的181倍。附图说明0021图1为本发明实施例1所制备的IRO2催化剂在20NM标尺下的透射电镜照片。0022图2为本发明实施例1所制备的IRO2催化剂在硫酸中的线性扫描伏安曲线。0023图3为本发明实施例2所制备的IRO2催化剂在20NM标尺下的透射电镜照片。0024图4为本发明实施例2所制备的IRO2催化剂在硫酸中的线性扫描伏安曲线。0025图5为本发明实施例3所制备的IRO2催化剂在20NM标尺下的透射电镜照片。0026图6为本发明实施例3所制备的IRO2催化剂在硫酸中的线性扫描伏安曲线。具体实施方式0027本发明首先提供了一种用于水电解IRO2催化剂。
12、的制备方法，包括以下步骤0028A将氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入氯铱酸，得到第一溶液；0029B将第一溶液在油浴中反应，反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液；0030C向第二溶液中加入酸，调节PH,离心,干燥,得到铱的氢氧化物；0031D将上述铱的氢氧化物在空气气氛中灼烧，得到用于水电解的IRO2催化剂。0032按照本发明，首先将氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入水合氯铱酸，得到第一溶液。将氯铱酸反加到氢氧化钠碱液中可以提供更多的成核位点，从而使粒子分散均匀并防止粒子团聚，得到粒径更小的纳米催化剂。所述氯铱酸和氢氧化钠的摩尔比优选为05说明书CN104209121A3/4页5151030。00。
13、33按照本发明，得到第一溶液后，将其在油浴中反应，反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液。所述油浴反应的温度优选为60100，更优选为7090，所述油浴反应的时间优选为40MIN80MIN，更优选为50MIN70MIN。0034按照本发明，向第二溶液中加入酸，调节PH至8,离心，干燥，得到铱的氢氧化物。所述的酸优选为硝酸、硫酸或高氯酸，所述酸溶液的浓度优选为0515MOL/L。将所得物质离心洗涤，干燥后，可得铱的氢氧化物。本发明优选使用电阻率为17MCM19MCM的去离子水对所述反应产物进行离心洗涤，洗涤至无氯离子。本发明向进行多次洗涤得到的滤液中加入硝酸银溶液，无沉淀出现，则表明反应产物中无氯离。
14、子存在。将所述经过洗涤的反应产物经过本领域技术人员熟知的真空干燥处理后，得到铱的氢氧化物。0035按照本发明，将所述铱的氢氧化物在空气气氛中灼烧，得到所述IRO2催化剂。所述烧结的温度优选为300500，更优选为350450，所述烧结的时间为30MIN90MIN，更优选为40MIN80MIN。所述烧结反应优选在管式炉中进行。0036本发明还提供一种用于水电解IRO2催化剂，该IRO2催化剂具有较高的催化活性与稳定性。0037下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述。0038实施例10039取12G氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入15MMOL氯铱酸，得到第一溶液；将第一溶液在油浴中80反应6。
15、0MIN,反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液；用1MOL/L硝酸调所述第二溶液的PH至8，以电阻率为182MCM的去离子水将溶液抽滤洗涤至无CL离子存在后，将得物质在60下真空干燥，得所述铱的氢氧化物；将所述铱的氢氧化物在管式炉中400空气气氛中热处理1H，得到所述IRO2催化剂。0040将所述IRO2催化剂超声分散于乙醇中，得到悬浊液；将所述悬浊液涂于铜网上晾干后，进行电镜扫描，结果参见图1,图1为实施例1制备的IRO2催化剂在20NM标尺下的透射电镜照片，可见粒径大约在511NM范围内。0041向1ML无水乙醇及50LALDRICH生产的，质量浓度为5的NAON溶液中加入5MG所述IRO2。
16、催化剂，超声分散30MIN，得到溶液；取10L所述溶液滴涂于玻碳电极上，室温晾干后，得到薄膜电极；以SCE电极作为参比电极、PT片作为对电极的三电极体系，在经过氮气除氧的05MOL/L的硫酸中进行线性扫描伏安测试，扫描速度为5MV/S。结果参见图2，图2为IRO2催化剂在硫酸溶液中的线性扫描伏安曲线。由图2可知，实施例1制备的IRO2催化剂的面积比活性可达8437MA/CM2，经过3000圈循环伏安后，催化性能可剩余762。0042实施例20043取04G氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入10MMOL氯铱酸，得到第一溶液；将第一溶液在油浴中60反应40MIN,反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液；。
17、用05MOL/L硝酸调所述第二溶液的PH至8，以电阻率为182MCM的去离子水将溶液抽滤洗涤至无CL离子存在后，将得物质在60下真空干燥，得所述铱的氢氧化物；将所述铱的氢氧化物在管式炉中300空气气氛中热处理30MIN，得到所述IRO2催化剂。0044将所述IRO2催化剂超声分散于乙醇中，得到悬浊液；将所述悬浊液涂于铜网上晾干后，进行电镜扫描，结果参见图3,图3为实施例2制备的IRO2催化剂在20NM标尺下的说明书CN104209121A4/4页6透射电镜照片，可见粒径大约在713NM范围内。0045向1ML无水乙醇及50LALDRICH生产的，质量浓度为5的NAON溶液中加入5MG所述IRO。
18、2催化剂，超声分散30MIN，得到溶液；取10L所述溶液滴涂于玻碳电极上，室温晾干后，得到薄膜电极；以SCE电极作为参比电极、PT片作为对电极的三电极体系，在经过氮气除氧的05MOL/L的硫酸中进行线性扫描伏安测试，扫描速度为5MV/S。结果参见图4，图4为IRO2催化剂在硫酸溶液中的线性扫描伏安曲线。由图4可知，实施例2制备的IRO2催化剂的面积比活性可达6775MA/CM2，经过3000圈循环伏安后，催化性能剩余658。0046实施例30047取06G氢氧化钠溶于去离子水中，然后加入05MMOL氯铱酸，得到第一溶液；将第一溶液在油浴中100反应80MIN,反应后搅拌冷却至室温，得到第二溶液。
19、；用15MOL/L硝酸调所述第二溶液的PH至8，以电阻率为182MCM的去离子水将溶液抽滤洗涤至无CL离子存在后，将得物质在60下真空干燥，得所述铱的氢氧化物；将所述铱的氢氧化物在管式炉中500空气气氛中热处理90MIN，得到所述IRO2催化剂。0048将所述IRO2催化剂超声分散于乙醇中，得到悬浊液；将所述悬浊液涂于铜网上晾干后，进行电镜扫描，结果参见图5,图5为实施例3制备的IRO2催化剂在20NM标尺下的透射电镜照片，可见粒径大约在816NM范围内。0049向1ML无水乙醇及50LALDRICH生产的，质量浓度为5的NAON溶液中加入5MG所述IRO2催化剂，超声分散30MIN，得到溶液。
20、；取10L所述溶液滴涂于玻碳电极上，室温晾干后，得到薄膜电极；以SCE电极作为参比电极、PT片作为对电极的三电极体系，在经过氮气除氧的05MOL/L的硫酸中进行线性扫描伏安测试，扫描速度为5MV/S。结果参见图6，图6为IRO2催化剂在硫酸溶液中的线性扫描伏安曲线。由图6可知，实施例3制备的IRO2催化剂的面积比活性可达6097MA/CM2，经过3000圈循环伏安后，催化性能剩余585。0050以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。0051对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。说明书CN104209121A1/3页7图1图2说明书附图CN104209121A2/3页8图3图4说明书附图CN104209121A3/3页9图5图6说明书附图CN104209121A。