[發明專利]一種雙金屬氧化物催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211225154.1
• 申請日: 2022-10-09
• 公開（公告）號: CN115558959A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 王錫奎;葛鵬;高建平;盧廣軒;張歡;任碧瑩
• 申請（專利權）人: 西部金屬材料股份有限公司
• 主分類號: C25B11/093
• 分類號: C25B11/093;C25B1/04
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發明提供了一種雙金屬氧化物催化劑及其制備方法和應用，涉及電解水陽極材料技術領域。本發明提供的雙金屬氧化物催化劑，包括CeO₂基底以及設置在所述CeO₂基底表面的IrO₂活性組分。本發明設計的CeO₂?IrO₂雙金屬氧化物催化劑用作質子交換膜(PEM)電解水陽極，相比于純IrO₂催化劑，具有較高的催化活性和質量活性，同時還具有良好的穩定性能以及較低的成本。

技術領域

本發明涉及電解水陽極材料技術領域，具體涉及一種雙金屬氧化物催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氫能作為最有可能替代化石能源的清潔能源引起人們的廣泛關注，質子交換膜(PEM)電解水裝置是一種高效環保的制氫方式。其中發生在陽極側的氧氣析出反應(OER)是PEM電解水中的重要催化過程，然而OER因涉及4電子轉移通常需要很高的過電位來獲得足以實際應用的反應電流。不僅如此，OER還會產生大量的氫離子使陽極側的催化劑在酸性電解質中發生腐蝕失效甚至脫落。因此，開發具有高催化活性和高穩定性能的陽極催化劑近年來一直是PEM電解水技術研究的核心。

目前，IrO₂催化劑已經成為酸性電解質條件下PEM電解水應用最廣泛的陽極。但是在實際應用中還存在以下問題有待于解決：(1)純IrO₂的催化活性還不夠高，存在一定的改善空間；(2)純IrO₂在質子交換膜上的負載量普遍高達2mg/cm²，致使電解水產氫的成本過高；(3)純IrO₂顆粒粘接在質子交換膜上會伴隨著團聚現象，活性位點暴露不充分，造成IrO₂的質量活性下降；(4)純IrO₂顆粒與質子交換膜之間粘接所產生的結合力偏弱，在酸性環境及析氧產生的氣泡的作用下很容易發生脫落。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙金屬氧化物催化劑及其制備方法和應用，本發明提供的雙金屬氧化物催化劑用作PEM電解水陽極時具有較高的催化活性和質量活性，而且具有良好的穩定性能以及較低的成本。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種雙金屬氧化物催化劑，包括CeO₂基底以及設置在所述CeO₂基底表面的IrO₂活性組分。

優選地，所述IrO₂活性組分和CeO₂基底通過異質結連接。

優選地，所述IrO₂活性組分在CeO₂基底表面的覆蓋率為10～90％；所述IrO₂活性組分與CeO₂基底的質量比為0.1～10∶100。

優選地，所述IrO₂活性組分呈顆粒狀，所述IrO₂活性組分的直徑為10～40nm。

優選地，所述CeO₂基底呈薄片狀，所述CeO₂基底的面積為100～1000000nm²，所述CeO₂基底的厚度為30～100nm。

本發明提供了上述技術方案所述雙金屬氧化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用陽極電沉積法在碳紙表面制備得到CeO₂薄片；

(2)采用陽極電沉積法在負載有CeO₂薄片的碳紙表面制備得到IrO₂顆粒；

(3)將負載有CeO₂薄片和IrO₂顆粒的碳紙進行煅燒，得到所述雙金屬氧化物催化劑。