一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑及其制備方法，涉及電化學領域。一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑，其是通過向Ir前驅體中加入Co前驅體，經過水解反應、熱解處理及酸刻蝕過程可得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑。本發明專利技術提供一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的制備方法包括通過向Ir前驅體中加入Co前驅體，經過水解反應、熱解處理及酸刻蝕過程制得所述催化劑，制備過程條件可控。能夠得到具有納米多孔、高比表面積和IrO2表面富集結構，并具有優異氧析出反應催化活性與穩定性的析氧催化劑。另外廉價Co的加入可有效降低催化劑的成本，具有廣闊的應用前景。

A nano porous structure oxygen evolution catalyst enriched with iridium oxide and its preparation method

The invention relates to a nano porous structure oxygen evolution catalyst with an enrichment of iridium oxide and a preparation method, which relate to the field of electrochemistry. A nano porous structure oxygen evolution catalyst, which is enriched by iridium oxide, is prepared by adding Co precursor into Ir precursor. After hydrolysis, pyrolysis and acid etching, nano porous structure oxygen evolution catalyst with iridium enriched surface can be obtained. The invention provides a preparation method of nano porous structure oxygen evolution catalyst with surface iridium oxide enrichment, which includes adding Co precursor into the precursor of Ir, preparing the catalyst through hydrolysis reaction, pyrolysis treatment and acid etching process, and the preparation process condition is controllable. An oxygen evolution catalyst with nano porous, high specific surface area and IrO2 surface enrichment structure and excellent catalytic activity and stability for oxygen precipitation reaction can be obtained. In addition, the addition of cheap Co can effectively reduce the cost of the catalyst, and has a broad application prospect.

【技術實現步驟摘要】
一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑及其制備方法
本專利技術涉及電化學領域，具體涉及一種表面氧化銥(IrO2)富集的納米多孔結構析氧催化劑及其制備方法。
技術介紹
水電解制備氫氣是一種較為成熟的制備高純氫的技術。然而，目前常采用的堿性水電解技術存在著較低的電流密度、功率密度、能量效率和氣體純度等缺點。與之相比，固體聚合物電解質水電解(SPEWE)具有更高的安全可靠性、電流密度、能量效率和比產能，并且SPE水電解池制備的氫氣純度可高達99.99％。這些優勢使得SPEWE成為近年來制氫技術的研究熱點。然而，陽極一側氧析出反應較慢的動力學速度以及較高的過電勢使析氧催化劑的研發成為實現SPE水電解技術大規模推廣應用的重要努力方向。目前，使用最為廣泛的氧析出反應催化劑為貴金屬氧化物IrO2，然而，IrO2的低儲量和高成本嚴重制約著其商業化應用。目前報道較多的方法是加入一種耐酸的廉價金屬氧化物形成合金或作為載體使用，如Ta2O5(Y.Murakami,S.Tsuchiya,K.YahikozawaandY.Takasu,Electrochim.Acta,1994,39,651-654)；SnO2(G.Li,H.Yu,X.Wang,S.Sun,Y.Li,Z.ShaoandB.Yi,Phys.Chem.Chem.Phys.,2013,15,2858-2866；A.Marshall,B.G.Hagen,M.TsypkinandR.Tunold,Electrochim.Acta,2006,51,3161-3167；J.Xu,G.Liu,J.LiandX.Wang,Electrochim.Acta,2012,59,105-112)；ATO(V.Puthiyapura,M.Mamlouk,S.Pasupathi,B.PolletandK.Scott,J.PowerSources,2014,269,451-460)。但是，這些金屬氧化物多為電化學惰性和低電導率，最終導致IrO2的使用量仍居高不下。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑及其制備方法，該制備方法是通過向IrO2中加入一種可進行酸刻蝕的廉價金屬用于制備多孔結構的析氧催化劑。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案具體如下：一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑，其是通過向Ir前驅體中加入Co前驅體，經過水解反應、熱解處理及酸刻蝕過程可得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑。在上述技術方案中，所述Ir前驅體和Co前驅體的n(Ir):n(Co)＝1～3:1～2。一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的制備方法，包括以下步驟：步驟1：將氯銥酸水合物和氯化鈷水合物前驅體加入到NaOH溶液中，得到第一溶液；步驟2：步驟1所述的第一溶液在水浴下反應至溶劑蒸干，得到第一產物；步驟3：將步驟2所述的第一產物在氧氣氣氛中灼燒后，冷卻至室溫，得到第二產物；步驟4：將步驟3所述的第二產物在HNO3中攪拌進行酸刻蝕，最后洗滌，抽濾，干燥，得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑。在上述技術方案中，步驟1中各物質的用量比為：n(Ir):n(Co)＝1～3:1～2，n(NaOH)＝20n(Ir+Co)。在上述技術方案中，步驟2中所述水浴的溫度為80℃。在上述技術方案中，步驟3中所述第一產物在氧氣氣氛中灼燒時間為1h，灼燒溫度為450℃。在上述技術方案中，步驟4中所述HNO3的濃度為5M，進行攪拌的時間為24h。本專利技術的有益效果是：本專利技術提供一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑是通過向Ir前驅體中加入Co前驅體，經過水解反應、熱解處理及酸刻蝕過程得到的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑，該催化劑是具有納米多孔、高比表面積和IrO2表面富集結構，并具有優異氧析出反應催化活性與穩定性的析氧催化劑。優選n(Ir):n(Co)＝1～3:1～2，在該比例范圍內能夠制備得到性能較優的析氧催化劑。另外廉價Co的加入可有效降低催化劑的成本，具有廣闊的應用前景。本專利技術提供的制備方法的制備過程條件可控且成本低。附圖說明下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明。圖1為實施例1所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的透射電鏡照片。圖2為實施例1所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的N2吸/脫附曲線。圖3為實施例1所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑在硫酸中的線性掃描伏安曲線。圖4為實施例2所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的透射電鏡照片。圖5為實施例2所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的N2吸/脫附曲線。圖6為實施例2所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑在硫酸中的線性掃描伏安曲線。圖7為實施例3所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的透射電鏡照片。圖8為實施例3所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的N2吸/脫附曲線。圖9為實施例3所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑在硫酸中的線性掃描伏安曲線。圖10為實施例4所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的透射電鏡照片。圖11為實施例4所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的N2吸/脫附曲線。圖12為實施例4所制備的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑在硫酸中的線性掃描伏安曲線。圖13為實施例5所制備的IrO2催化劑的透射電鏡照片。圖14為實施例5所制備的IrO2催化劑的N2吸/脫附曲線。圖15為實施例5所制備的IrO2催化劑在硫酸中的線性掃描伏安曲線。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做以詳細說明。本專利技術提供的一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑，其是通過向Ir前驅體中加入Co前驅體，經過水解反應、熱解處理及酸刻蝕過程可得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑；優選為所述Ir前驅體和Co前驅體的n(Ir):n(Co)＝1～3:1～2。一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的制備方法的一種具體方案為，包括以下步驟：步驟1：將氯銥酸水合物和氯化鈷水合物前驅體加入到NaOH溶液中，得到第一溶液；物質的量比n(Ir):n(Co)＝1～3:1～2，n(NaOH)＝20n(Ir+Co)；步驟2：步驟1所述的第一溶液在80℃水浴下反應至溶劑蒸干，得到第一產物；步驟3：將步驟2所述的第一產物在氧氣氣氛中灼燒1h，灼燒溫度為450℃，冷卻至室溫，得到第二產物；步驟4：將步驟3所述的第二產物在5MHNO3中攪拌24h進行酸刻蝕，最后洗滌，抽濾，干燥，得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑。實施例1：1)將H2IrCl6·6H2O和CoCl2·6H2O前驅體加入到NaOH溶液中，物質的量比n(Ir):n(Co)＝1:1，n(NaOH)＝20n(Ir+Co)，得到第一溶液。2)將1)所述第一溶液在80℃水浴下反應至溶劑蒸干，得到第一產物。3)將2)所述第一產物在氧氣氣氛中灼燒1h，灼燒溫度為450℃，冷卻至室溫，得到第二產物。4)將3)所述第二產物在5MHNO3中攪拌24h進行酸刻蝕，最后洗滌，抽濾，干燥，得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑。5)將所得表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑超聲分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑，其特征在于，其是通過向Ir前驅體中加入Co前驅體，經過水解反應、熱解處理及酸刻蝕過程可得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑。

【技術特征摘要】
1.一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑，其特征在于，其是通過向Ir前驅體中加入Co前驅體，經過水解反應、熱解處理及酸刻蝕過程可得到表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑。2.根據權利要求1所述的表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑，其特征在于，所述Ir前驅體和Co前驅體的n(Ir):n(Co)＝1～3:1～2。3.一種表面氧化銥富集的納米多孔結構析氧催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：將氯銥酸水合物和氯化鈷水合物前驅體加入到NaOH溶液中，得到第一溶液；步驟2：步驟1所述的第一溶液在水浴下反應至溶劑蒸干，得到第一產物；步驟3：將步驟2所述的第一產物在氧氣氣氛中灼燒后，冷卻至室溫，得到第二產物；步驟4：將步驟3所述的第二產物在HNO3中攪拌進行酸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邢巍，李國強，常進法，劉長鵬，葛君杰，李晨陽，梁亮，
申請(專利權)人：中國科學院長春應用化學研究所，
類型：發明
國別省市：吉林,22