[發(fā)明專利]IrRu基多元合金氧析出催化劑及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011579958.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112725828B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒亮亮;劉培;劉得友;楊輝
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波中科科創(chuàng)新能源科技有限公司
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25B1/04;B22F9/22
• 代理公司: 深圳市嘉勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44651
• 代理人: 王敏生;董琳

本申請公開一種IrRu基多元合金氧析出催化劑及其制備方法，所述制備方法包括：將含銥化合物、含釕化合物、含X金屬化合物溶解在去離子水中，形成前驅(qū)體混合溶液；配制含有強(qiáng)堿試劑的堿性犧牲載體溶液；將所述前驅(qū)體混合溶液加入所述堿性犧牲載體溶液中，反應(yīng)后形成IrRuX氫氧化物，擔(dān)載于所述犧牲載體上；將所述IrRuX氫氧化物在還原氣氛下進(jìn)行熱處理，形成擔(dān)載于犧牲載體上的IrRuX合金催化劑。所述IrRuX合金催化劑具有高穩(wěn)定性和高催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及固體電解質(zhì)水電解技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高活性高穩(wěn)定性IrRu基多元合金氧析出催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著地球上資源、環(huán)境、能源問題日益突出，發(fā)展可再生、環(huán)境友好的能源正成為國際研究與開發(fā)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。氫能具有高效、環(huán)保、資源豐富等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。氫能的發(fā)展離不開氫的獲取、儲存、運(yùn)輸和利用，其中氫氣的獲取是氫能經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的源頭。電解水制氫被認(rèn)為是儲存可再生和可持續(xù)能源的最有前景的技術(shù)。酸性質(zhì)子交換膜(PEM)電解技術(shù)相比于堿性水電解技術(shù)電流密度更大、氫氣純度更高、裝配緊湊、歐姆損耗低、電壓負(fù)載范圍寬等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得酸性電解槽中反應(yīng)速率比堿性電解槽快三個(gè)以上數(shù)量級，非常適合用于與可再生能源(太陽能、風(fēng)能、水電)發(fā)電耦合的水電解制氫。

PEM中陽極析氧反應(yīng)被認(rèn)為是電解池過電勢的主要來源，并且大量的實(shí)驗(yàn)工作與理論研究表明，在強(qiáng)酸性條件下具有較好的析氧催化活性的催化劑主要集中在IrO₂、RuO₂等貴金屬氧化物上。其中，RuO₂被認(rèn)為是析氧活性最高的金屬氧化物，但在酸性體系電催化環(huán)境下容易溶解，穩(wěn)定性差；IrO₂析氧活性雖僅次于RuO₂且穩(wěn)定性好，但相同電流密度下其過電位要高150～250mV，并且價(jià)格是RuO₂的5～7倍，因此二元復(fù)合金屬氧化物Ru_xIr_1-xO₂既可以降低過電位又可以降低催化劑成本。

專利CN111420658A采用水熱法制備了一種IrRu合金氧析出催化劑。專利CN201110419158A以氧化硅分子篩為模板，將Ru和Ir貴金屬浸漬還原于模板的殼體孔道內(nèi)得到SPE水電解陽極催化劑。Mazhari Abbasi等研究發(fā)現(xiàn)金紅石型IrO₂-RuO₂固溶體的形成可以同時(shí)提高IrO₂基電催化活性和RuO₂基的穩(wěn)定性。Kim等人研究發(fā)現(xiàn)通過電化學(xué)氧化方法制備的IrO_x和RuO_x催化劑的活性要高于通過熱處理方法制備的IrO₂和RuO₂催化劑。

然而，固體電解質(zhì)水電解制氫陽極環(huán)境具有極強(qiáng)的氧化性，即使是金屬單質(zhì)也會在陽極環(huán)境下轉(zhuǎn)化為金屬氧化物。并且在酸性中合金中的釕依然會溶出，導(dǎo)致現(xiàn)有的各類銥釕基或合金催化劑仍存在釕溶出致黑色、穩(wěn)定性差等缺陷，因此迫切需要開發(fā)一種能夠抑制釕溶出或提升釕穩(wěn)定性的方法，以此獲得具有高活性長耐久性的銥釕基合金催化劑。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本申請?zhí)峁┮环NIrRu基多元合金氧析出催化劑及其制備方法，以解決現(xiàn)有的IrRu基催化劑穩(wěn)定性差的問題。

本申請?zhí)峁┑囊环NIrRu基多元合金氧析出催化劑的制備方法，包括：將含銥化合物、含釕化合物、含X金屬化合物溶解在去離子水中，形成前驅(qū)體混合溶液；配制含有強(qiáng)堿試劑的堿性犧牲載體溶液；將所述前驅(qū)體混合溶液加入所述堿性犧牲載體溶液中，反應(yīng)后形成IrRuX氫氧化物，擔(dān)載于所述犧牲載體上；將所述IrRuX氫氧化物在還原氣氛下進(jìn)行熱處理，形成擔(dān)載于犧牲載體上的IrRuX合金催化劑，所述X金屬能夠在Ru脫氧后及時(shí)補(bǔ)充氧原子。

可選的，所述X金屬包括M金屬或N金屬中的至少一種，其中，M金屬為W或Mo，N金屬為La、Ce、Er、Sc、Y中的任意一種。