[發(fā)明專(zhuān)利]一種負(fù)載型多元析氧催化劑及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910088962.6
• 申請(qǐng)日: 2009-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101619466A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新東;李山梅;魏浩杰;李建玲;葉鋒;王同濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25B11/06
• 分類(lèi)號(hào): C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種多元負(fù)載型析氧陽(yáng)極催化劑及其制備方法，屬于質(zhì)子交換膜(PEM)電解水技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

PEM水電解技術(shù)是20世紀(jì)70年代由美國(guó)通用公司研究發(fā)展起來(lái)的基于純水電解的技術(shù)，目前尚處于研發(fā)階段，使用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，良好的氣體分離性等優(yōu)點(diǎn)；較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性，PEM電解槽可以工作在較高的電流下，從而增大了電解效率；并且由于質(zhì)子交換膜較薄，減小了歐姆損失，也提高了系統(tǒng)的效率。采用純水電解，避免了電解液對(duì)槽體的腐蝕。是一種安全性高的水電解技術(shù)。

水電解技術(shù)的核心是PEM膜電極，它是水電解電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，其中催化劑的選擇優(yōu)化，膜電極制備工藝的優(yōu)化以及結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是電解水技術(shù)的關(guān)鍵，它對(duì)降低電極成本，提高催化劑的利用率，減少電解能耗起到重要的作用。陰極及析氫電極一般采用Pt黑或者碳載Pt黑等鉑系貴金屬為催化劑，陽(yáng)極析氧標(biāo)準(zhǔn)電位為1.229V，反應(yīng)發(fā)生的電位較高，且由于活性氧原子的產(chǎn)生，使得陽(yáng)極的腐蝕非常嚴(yán)重。在一定的電解條件下，析氧反應(yīng)的難易程度主要取決于陽(yáng)極材料(催化劑)的析氧電催化活性及其穩(wěn)定性的優(yōu)劣。

Trasatti，S..Electrocatalysis：understanding?the?success?of?DSA.Electrochim.Acta，2000，45，2377-2385報(bào)道，IrO₂與RuO₂等鉑系貴金屬氧化物是良好的析氧催化劑，然而，鉑系金屬資源有限，價(jià)格昂貴，使得水電解制氫的工藝成本很高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。為了減少鉑系金屬的量，降低電解水的工業(yè)成本，主要從提高貴金屬的利用率，降低貴金屬用量方面著手。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出為解決提高貴金屬催化劑利用率，減少貴金屬用量的問(wèn)題，提出以導(dǎo)電性與耐蝕性兼具的TiC納米粉體作為載體，制備負(fù)載型二元或三元負(fù)載型催化劑，使氧化物催化劑包覆在TiC納米顆粒表面，可增大有效的電催化活性表面積，大大降低貴金屬的用量，有效降低水電解制氫成本。

本發(fā)明多元負(fù)載型催化劑為Ir_1-xRu_xO₂/TiC，其中0＜x＜1；或Ir_1-zTa_zO₂/TiC，其中0＜z＜1；或Ir_1-x-yRu_xTa_yO₂/TiC，其中0＜x＜1，0＜y＜0.4且x+y＜1。

本發(fā)明的制備過(guò)程包括以下步驟：

1)配置無(wú)水乙醇與異丙醇的有機(jī)溶劑，其中無(wú)水乙醇與異丙醇的比例為1∶2--2：1之間，并用已配好的有機(jī)溶劑配置催化劑前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液的金屬粒子總濃度保持在0.005mol/L--0.2mol/L之間。

2)將一定量納米碳化鈦置于坩堝中，取一定量步驟1)中所制有機(jī)溶劑，滴入坩堝中，使溶劑剛好浸沒(méi)TiC粉體，形成懸濁液，而后將此懸濁液冰域超聲0.5--1h，取出備用。

3)將步驟1)中所制的催化劑前驅(qū)體溶液滴入載有TiC粉末的坩堝中，使TiC充分浸入其中，冰域超聲10--15min后取出于80℃--100℃烘干20--40min。

4)將烘干后的粉末于390℃--490℃的管式爐中加熱10--20min，取出空冷至室溫。

5)將附著于坩堝壁的催化劑刮下研磨后重復(fù)以上步驟3)-4)6--10次直至催化劑擔(dān)載量到預(yù)定的值，該值介于20％80％之間，制得多元負(fù)載型催化劑Ir_1-xRu_xO₂(0＜x＜1)或Ir_1-zTa_zO₂(0＜z＜1)或Ir_1-x-yRu_xTa_yO₂/TiC(0＜x＜1，0＜y＜0.4且x+y＜1)。

所述前驅(qū)體溶液為H₂IrCl₆與RuCl₃的有機(jī)混合溶液，或H₂IrCl₆與TaCl₅的有機(jī)混合溶液，或H₂IrCl₆、RuCl₃與TaCl₅的有機(jī)混合溶液。