[發明專利]一種Ir@SC納米顆粒催化劑及其制備、應用

有效

• 申請號: 202110468371.2
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113186562B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 高山;余玉;張灰灰
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;C25B9/65;C25B1/26;A01N59/00;A01P3/00;A01P1/00;B22F1/12;B22F1/0545;B82Y40/00
• 代理公司: 合肥信誠兆佳知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34159
• 代理人: 鄧勇

本發明公開了一種Ir@SC納米顆粒催化劑。本發明公開了上述Ir@SC納米顆粒催化劑的制備方法，包括如下步驟：將含硫有機配體和三水合氯化銥混合，加入溶劑，在惰性氣體氣氛圍中，回流加熱過夜后，冷卻，離心，洗滌，干燥得到橙黃色粉末；將橙黃色粉末裝在石英舟里并再置于管式爐中，通入惰性氣體氣流，升溫，恒溫煅燒得到Ir@SC納米顆粒催化劑。本發明公開了上述Ir@SC納米顆粒催化劑用于高電流密度、高穩定性電解海水制取氫氣和活性氯消毒液。本發明公開了一種高電流密度、高穩定性電解海水制取氫氣和活性氯消毒液的工作電極及其制作方法。本發明公開了一種利用太陽光發電電解海水制取氫氣和活性氯的方法。

技術領域

本發明涉及催化劑技術領域，尤其涉及一種Ir@SC納米顆粒催化劑及其制備、應用。

背景技術

電解水制氫是實現全球能源結構向清潔化、低碳化轉型的有效路徑之一。目前電解水制氫技術主要使用堿性電解系統和質子交換膜電解系統，但這兩種技術路線都依賴高純淡水作為水源，對人們賴以生存的淡水資源產生巨大的壓力。而地球上海水資源豐富，如利用太陽能、風能等可再生能源發電，直接將海水電解制氫，則既能減少淡水資源的壓力也能緩解目前的能源與環境危機。然而，由于海水中的氯離子以及鈣、鎂等多種陽離子的存在，隨著電解的進行，電極材料遭受嚴重的腐蝕作用，因此發展高效、抗腐蝕的電極材料用于電解海水制氫面臨著巨大的挑戰。

電解海水制氫的過程中，陽極的氧化作用可以將水氧化為氧氣，也可以將海水中的氯離子氧化為具有氧化性的活性氯(氯氣、次氯酸等)。如發展合適的催化劑使得陽極高選擇性地氧化氯離子為活性氯，則溶有活性氯海水電解液即可作為消毒液應用于醫療衛生機構以及各類公共場所消毒等領域。此外，在海上工業以及軍事上，含活性氯的消毒液可以用作海洋中藻類以及微生物的洗消劑，避免海上工業生產設備以及軍用艦船表面附著的海洋生物對設備的傷害。而且，利用太陽能發電進行海水電解可實現分布式、現場生產消毒液，直接用于海上設備的保護，還能降低傳統運輸、貯藏消毒劑帶來的風險。因此，利用電解水制氫的陽極氧化作用生產消毒液具有較高的是實際應用價值，然而陽極吸氧競爭反應需要研究者們發展高效選擇性生產活性氯的催化材料。

基于降低催化材料的成本，發展一種高效電催化劑能同時實現電解海水制備氫氣和消毒液對于海水資源的高效利用具有重要的意義，但也面臨著重大挑戰。此外，利用太陽能發電進行雙功能電解海水制氫和消毒液實現工業應用并產生經濟效益，還要求電解設備簡易且催化材料能夠在低電位下，高電流密度、高穩定性地雙功能電解海水。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種Ir@SC納米顆粒催化劑及其制備、應用。本發明所得Ir@SC納米顆粒催化劑中，金屬銥均勻地負載在硫摻雜修飾碳中，且金屬銥被限域在至少兩層硫摻雜修飾碳材料之間；所得Ir@SC納米顆粒催化劑能夠在低電位下，作為電催化劑高電流密度、高穩定性地進行雙功能電解海水制備氫氣和活性氯消毒液；同時本發明可利用太陽能發電，將太陽能電池板與該催化材料的兩電極電解設備連接，初步實現分布式利用光能電解海水制備氫氣和消毒液。

一種Ir@SC納米顆粒催化劑的制備方法，包括如下步驟：

S1、將含硫有機配體和三水合氯化銥混合，加入溶劑，在惰性氣體氣氛圍中，回流加熱過夜后，冷卻，離心，洗滌，干燥得到橙黃色粉末；

S2、將橙黃色粉末裝在石英舟里并再置于管式爐中，通入惰性氣體氣流，升溫至700-1000℃，恒溫煅燒10-120min，得到Ir@SC納米顆粒催化劑。

本發明利用簡單的化學配位的方法使含硫有機配體和三水合氯化銥形成銥金屬配合物，控制煅燒條件，制備尺寸均一、分散性好的Ir@SC納米顆粒催化劑。

對所得Ir@SC納米顆粒催化劑采用XRD、TEM等手段進行表征，結果顯示：金屬銥均勻地負載在硫摻雜修飾碳中，且金屬銥被限域在至少兩層硫摻雜修飾碳材料之間。