[發明專利]一種具有草莓狀結構的碳擔載IrO2@Ir異質結復合催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110562841.1
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113398923B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 劉景軍;莫少覽;金純;李榮超;王峰
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;C25B11/093;C25B1/04;H01M8/0612
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司 11294
• 代理人: 王振華

1.一種用于一體式可再生燃料電池的具有草莓狀結構的碳擔載IrO₂@Ir異質結復合催化劑，其特征在于，所述的復合催化劑為黑色固體粉末，IrO₂@Ir異質結被均勻的負載在碳載體表面，無定形IrO₂層外延在金屬Ir表面上，IrO₂層厚度小于1納米，超薄IrO₂層處于低化學配位和應力收縮狀態；所述的復合催化劑的負載量為10~80%之間，IrO₂@Ir納米粒子的粒徑范圍為3-9?nm。

2.根據權利要求1所述的復合催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）首先以金屬銥鹽為前驅體，碳材料為載體，采用有機胺類物質作為金屬鹽的穩定劑、分散劑和錨定劑，通過溶液分散將銥鹽與碳載體充分混合；

（2）然后在惰性氣氛下，通過碳熱還原出金屬銥，并均勻地負載在碳載體上，通過穩定劑和分散劑對催化劑納米晶長大的抑制作用以及對銥基催化劑成分和結構的調控作用，進而制備出具有典型草莓狀結構的碳擔載超細IrO₂@Ir異質結顆粒的復合催化劑；

所述的銥鹽包括四氯化銥，三氯化銥、醋酸銥、氯銥酸鉀、氯銥酸鈉中的一種或幾種；作為載體的碳材料包括碳納米管、商業碳黑、石墨烯、石墨碳、生物質碳中的一種或幾種；所述的有機胺類物質包括多巴胺、苯胺、?；撬?、尿素、三聚氰胺中的一種或幾種；所述的惰性氣氛為氬氣、氮氣、氦氣中的一種或幾種；

碳載體、有機胺和金屬鹽的質量比為碳載體：有機胺：金屬鹽=50:5~40:9~70；步驟（2）中，所述的碳熱還原溫度為700-900℃，升溫速率為2~10℃/min。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，作為載體的碳材料為商業碳黑；所述的有機胺類物質為多巴胺。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括如下步驟：

（1）將碳載體超聲分散在乙醇和水比例為1:1的混合溶液中，隨后加入2?mL?0.1?MIrCl₄水溶液，繼續超聲半小時；

（2）往步驟（1）的混合液中加入10?mg多巴胺，繼續磁力攪拌12?h，然后在70℃下烘干；

（3）將步驟(2)中烘干后的樣品放入瓷舟，在Ar氣氛中以5℃/min的升溫速率升至900℃，保溫1?h，冷卻后得到IrO₂@Ir/C-900復合催化劑。

5.根據權利要求2-4中任一項所述的制備方法，其特征在于，得到的IrO₂@Ir異質結顆粒的尺寸為5.03?nm，表面低配位的無定形狀IrO₂包覆在金屬銥表面，厚度小于1納米，極薄IrO₂活性層處于應力收縮狀態。

6.權利要求1所述的復合催化劑、或是權利要求2-5中任一項所述的制備方法制備得到的復合催化劑在一體式可再生燃料電池中作為析氧、析氫反應電極電催化劑的應用。