一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法技术

本发明专利技术公开一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，包括以下步骤：(1)将铱前驱体盐溶于水中，加入碱性物质调控溶液pH值至9～13，得到铱盐溶液；(2)将步骤(1)中制得的铱盐溶液置于紫外光和臭氧气氛中进行水解和氧化反应，得到氧化铱胶体溶液；(3)向步骤(2)制得的氧化铱胶体溶液中加入酸性物质调控溶液pH值至7，然后依次进行干燥浓缩和洗涤干燥，制得目标产物氧化铱。本发明专利技术方法可以消除传统制备方法中工序复杂、颗粒易烧结团聚和制备氧化铱纯度低等特点，所制得催化剂氧化铱粒径小且粒径范围分布均匀，纯度高，而且制备工艺简单，重复性好，可以显著降低能耗，所选用的化学试剂价格低廉，适合大规模批量生产。适合大规模批量生产。适合大规模批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，尤其涉及一种PEM(质子交换膜)水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法。

技术介绍

[0002]PEM电解水技术的电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载，与风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性。区别于碱性水电解制氢，PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。PEM水电解制氢的瓶颈环节在于成本和寿命。现有商业化析氧催化剂主要是氧化铱等贵金属，材料成本高，制备工艺复杂，阻碍PEM水电解制氢技术快速推广应用。因此自主开发大规模制备催化剂等关键制氢材料势在必行。
[0003]目前二氧化铱的制备方法包括亚当斯熔融法、化学沉淀法和热氧化等方法。亚当斯熔融法是将铱的前驱体与过量的硝酸钠反应生成铱盐，然后经过干燥、高温氧化后得到氧化铱。化学沉淀法是将铱的前驱体与碱(如氢氧化钠等)反应生成氢氧化铱，然后经过高温脱水生成氧化铱。以及另一种商业常用氧化铱制备方法是将铱的前驱体还原为铱单质，在空气或氧气中加热至1000度来生产氧化铱。上述几种方法得到的氧化铱粒径较大，且制备的二氧化铱大都存在铱单质杂质，二氧化铱纯度较低，并不能满足实际生产需要。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提出一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，该方法工艺简单，所制得催化剂氧化铱粒径小且粒径范围分布均匀，纯度高。
[0005]本专利技术所采用的技术解决方案是：
[0006]一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将铱前驱体盐溶于水中，加入碱性物质调控溶液pH值至9～13，得到铱盐溶液；
[0008](2)将步骤(1)中制得的铱盐溶液置于紫外光和臭氧气氛中进行水解和氧化反应，得到氧化铱胶体溶液；
[0009](3)向步骤(2)制得的氧化铱胶体溶液中加入酸性物质调控溶液pH值至7，然后依次进行干燥浓缩和洗涤干燥，制得目标产物氧化铱。
[0010]优选的，步骤(1)中：所述铱前驱体盐选自三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、醋酸铱、氯铱酸铵和六氯铱酸钾等铱盐中的一种或两种以上组合。
[0011]优选的，步骤(1)中：所述铱盐溶液的浓度为0.01～1mol/L。
[0012]优选的，步骤(1)中：所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、尿素和氨水中的一种或多种混合物。
[0013]优选的，步骤(2)中：所述紫外光的波长为100～400nm，辐射强度为5～100mW/cm2。
[0014]优选的，步骤(2)中：臭氧气氛的臭氧浓度为10～100ppm。
[0015]优选的，步骤(2)中：紫外光水解和臭氧氧化反应均在室温条件下，同时进行，反应时间为1～10h；且反应时将铱盐溶液进行搅拌，使得臭氧与溶液充分混合。
[0016]优选的，步骤(2)中：将铱盐溶液放入反应容器中，反应容器的顶部敞口，反应容器置于反应封闭仓中，在反应封闭仓的内部且位于反应容器的上方设置有紫外灯，在反应封闭仓的内部且位于反应容器的底部设置有磁力搅拌器；所述反应封闭仓通过臭氧输入通道与臭氧发生器相连接，反应封闭仓还通过空气输入通道与空气泵相连接。
[0017]优选的，步骤(3)中：所述酸性物质选自盐酸、硫酸、硝酸和醋酸中的一种或多种。
[0018]优选的，步骤(3)中：所述干燥浓缩是在60～120度烘箱内干燥6～24h；洗涤干燥是先采用去离子水进行洗涤，洗涤后进行干燥，干燥温度为60～80度，干燥时间为12～24h。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：
[0020](1)现有技术如亚当斯熔融法、水热法等，存在制备工艺复杂且所制备催化剂氧化铱颗粒粒径较大，分布不均匀，有些为了抑制颗粒团聚合成时常添加有机分散剂，价格昂贵。与之相比，本专利技术方法通过紫外光驱动铱前驱体盐进行水解，形成氢氧化物，再经强氧化性臭氧气体常温下氧化为二氧化铱，由于合成时活性氧的参与，控制颗粒晶面生长，此方法合成的氧化铱其电催化析氧反应(OER)性能显著优于商业氧化铱催化剂。同时在碱性溶液中的
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OH可以吸附在氧化铱表面通过电荷排斥作用抑制颗粒团聚，得到粒径小且粒径范围分布均匀的氧化铱纳米颗粒。
[0021](2)为了制备高纯度的氧化铱，现有技术通常需要在氧气或空气气氛中进行高温焙烧，易造成氧化铱颗粒烧结团聚；与之相比，本专利技术方法通过紫外水解和臭氧氧化协同作用常温制备氧化铱胶体溶液，再经干燥和洗涤简单操作过程，即可得到高纯度的氧化铱纳米颗粒，简单易行，极大的降低产品能耗和获取的工艺难度，适合规模化生产。
[0022]因此，本专利技术方法可以消除传统制备方法中工序复杂、颗粒易烧结团聚和制备氧化铱纯度低等特点，所制得催化剂氧化铱粒径小且粒径范围分布均匀，纯度高，而且制备工艺简单，重复性好，可以显著降低能耗，所选用的化学试剂价格低廉，适合大规模批量生产。
附图说明
[0023]下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步说明：
[0024]图1为实施例1所得IrO2粉体的XRD图谱；
[0025]图2为实施例1所得IrO2粉体的TEM电镜图；
[0026]图3为对比例1所得IrO2粉体的TEM电镜图；
[0027]图4为对比例2所得IrO2粉体的TEM电镜图；
[0028]图5为实施例1、对比例1和对比例2所得IrO2粉体的电催化析氧(OER)性能评价图；
[0029]图6为本专利技术方法所采用紫外水解和臭氧氧化反应装置的结构原理示意图。
[0030]图中：1
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臭氧发生器；2
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空气泵；3
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紫外灯；4
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反应容器；5
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磁力搅拌器；6
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反应封闭仓；7
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臭氧输入通道；8
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空气输入通道。
具体实施方式
[0031]实施例1
[0032](1)将50mg IrCl3溶于15ml水中，加入100mg KOH调控溶液pH＝12。
[0033](2)将步骤(1)中制得的溶液进行紫外水解和臭氧氧化处理5h得到氧化铱胶体溶液，其中紫外光波长254nm，辐照强度10mW/cm2，臭氧浓度20ppm。
[0034](3)向步骤(2)制得的氧化铱胶体溶液中加入80μL浓硝酸调控溶液pH＝7，放置90度烘箱24h进行干燥浓缩，所得固体粉末用去离子水洗涤三次，经80度烘箱干燥12h，从而制得目标产物IrO2。
[0035]实施例2
[0036](1)将100mg H2IrCl6·
6H2O溶于20ml水中，加入200mg尿素调控溶液pH＝10。
[0037](2)将步骤(1)中制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将铱前驱体盐溶于水中，加入碱性物质调控溶液pH值至9～13，得到铱盐溶液；(2)将步骤(1)中制得的铱盐溶液置于紫外光和臭氧气氛中进行水解和氧化反应，得到氧化铱胶体溶液；(3)向步骤(2)制得的氧化铱胶体溶液中加入酸性物质调控溶液pH值至7，然后依次进行干燥浓缩和洗涤干燥，制得目标产物氧化铱。2.根据权利要求1所述的一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述铱前驱体盐选自三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、醋酸铱、氯铱酸铵和六氯铱酸钾中的一种或两种以上组合。3.根据权利要求1所述的一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述铱盐溶液的浓度为0.01～1mol/L。4.根据权利要求1所述的一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述碱性物质为氢氧化钾、氢氧化钠、尿素和氨水中的一种或多种混合物。5.根据权利要求1所述的一种PEM水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述紫外光的波长为100～400nm，辐射强度为5～100mW/cm2。6.根据权利要求1所述的一种PEM水电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，
申请(专利权)人：青岛创启新能催化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：