一种多孔氧化铱纳米材料、其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多孔氧化铱纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将铱源、碱金属盐、表面活性剂与乙醇水溶液搅拌混匀，依次经低温加热和高温煅烧反应，得到氧化铱纳米材料。本发明专利技术制备的IrO2纳米材料采用简易的低温

【技术实现步骤摘要】
一种多孔氧化铱纳米材料、其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其是涉及一种多孔氧化铱纳米材料、其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电催化水分解是一种高效清洁、可制备高纯度氢气的技术。电化学水分解由两个半反应组成：阴极上的析氢反应(HER)和阳极上的析氧反应(OER)。在两个半反应中，HER属于两电子反应，而OER是一个四电子反应，反应速度较慢，成为电化学分解水技术工业化应用的主要挑战。当前主要的工业电解水技术包括碱水电解，PEM电解水。相比于碱水电解，PEM电解水设备操控灵活、组件之间接触紧密、电阻小、可以实现大电流密度下的制氢。然而，由于PEM电解槽的阳极处于强酸性环境，多数非贵金属会腐蚀并可能与PEM中的磺酸根离子结合，进而降低PEM传导质子的能力，因此，目前PEM电解槽所采用的电催化剂为贵金属催化剂，主要是基于Ir、Ru等。
[0003]研究表明，氧化铱及其衍生材料是目前商业化应用最广泛的析氧催化剂之一，这是由于氧化铱具有强的抗腐蚀性和稳定性，在电催化分解水反应中已表现出较好的催化性能。但是目前制得的氧化铱仍存在活性较差、且合成条件多采用高温煅烧方法易导致聚集等问题，大大限制其在电解水阳极反应中的催化性能及PEM器件中的工业化应用。
[0004]因此，发展一种简易高效的方法，合成出兼具高活性和高稳定性的氧化铱催化剂应用于工业PEM电解水制氢具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种多孔氧化铱纳米材料，本专利技术提供的多孔氧化铱纳米材料形貌分散性更好，用于电解水阳极反应催化活性和稳定性高。
[0006]本专利技术提供了一种多孔氧化铱纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将铱源、碱金属盐、表面活性剂与乙醇水溶液搅拌混匀，依次经低温加热和高温煅烧反应，得到氧化铱纳米材料。
[0008]优选的，所述铱源选自氯铱酸、乙酰丙酮铱、氯化铱、氯铱酸钾、氯铱酸钠或醋酸铱中的一种或几种；
[0009]所述乙醇水溶液中乙醇和水的质量比为0.1：(0.1～2)。
[0010]优选的，所述碱金属盐选自碱金属硫酸盐、碱金属磷酸盐、碱金属氯化物、碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐中的一种或几种。
[0011]优选的，所述铱源和碱金属盐的质量比为0.2～20:1。
[0012]优选的，所述表面活性剂包括PVP、、CTAB、SDS中的一种或几种。
[0013]优选的，表面活性剂与氯铱酸的质量比为(0～1)：10。
[0014]优选的，所述低温加热的温度为40
‑
140℃，时间为1
‑
10h；所述高温煅烧的温度为300
‑
700℃，时间为2
‑
8h。
[0015]优选的，所述反应后还包括离心分离，采用去离子水和无水乙醇洗涤后真空干燥；所述干燥的温度为40～80℃，干燥时间为4～12h。
[0016]优选的，所述多孔氧化铱纳米材料的尺寸为2～5nm。
[0017]本专利技术提供了一种多孔氧化铱纳米材料，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的多孔氧化铱纳米材料作为电解水阳极反应催化剂的应用。
[0019]本专利技术提供了一种电解水方法，采用上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的多孔氧化铱纳米材料作为催化剂。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供了一种多孔氧化铱纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将铱源、碱金属盐、表面活性剂与乙醇水溶液搅拌混匀，依次经低温加热和高温煅烧反应，得到氧化铱纳米材料。本专利技术制备的IrO2纳米材料采用简易的低温
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高温化学方法，制得的纳米材料为纳米颗粒形貌。本专利技术所述的制备工艺简单易行、安全、绿色、产率高、前驱体碱金属盐选择灵活，有利于工业化生产；同时，该合成方法在制备纳米氧化物材料上具有高度的拓展性，为纳米氧化物用于催化、能源、环境等领域提供了制备途径。本专利技术制备的IrO2纳米材料作为催化剂在电解水阳极反应中表现出高活性和高稳定性，为电解水制氢的商业化阳极催化剂提供了新选择。
附图说明
[0021]图1为实施例1制备的氧化铱纳米材料的XRD图；
[0022]图2为实施例1制备的氧化铱纳米材料的TEM图；
[0023]图3为实施例1制备的氧化铱纳米材料在在硫酸溶液中的电化学析氧极化曲线图；
[0024]图4为实施例1制备的氧化铱催化剂用于PEM电解器件的性能图；
[0025]图5为对比例1制备的氧化铱纳米材料的TEM图；
[0026]图6为对比例2制备的氧化铱纳米材料在在硫酸溶液中的电化学析氧极化曲线图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种多孔氧化铱纳米材料、其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
技术实现思路
、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本专利技术技术。
[0028]本专利技术提供了一种多孔氧化铱纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
[0029]将铱源、碱金属盐、表面活性剂与乙醇水溶液搅拌混匀，依次经低温加热和高温煅烧反应，得到氧化铱纳米材料。
[0030]本专利技术提供的多孔氧化铱纳米材料的制备方法首先将铱源、碱金属盐、表面活性剂与乙醇水溶液搅拌混匀，得到混合溶液。
[0031]本专利技术所述铱源选自氯铱酸、乙酰丙酮铱、氯化铱、氯铱酸钾、氯铱酸钠或醋酸铱中的一种或几种；
[0032]本专利技术人突破技术惯性，本专利技术的方法不仅仅适用于乙酰丙酮铱，还适用于氯化铱等，适用范围更广。
[0033]本专利技术所述碱金属盐选自碱金属硫酸盐、碱金属磷酸盐、碱金属氯化物、碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐中的一种或几种。包括但不限于硫酸钠、硫酸钾、磷酸钠、磷酸钾、氯化钠、氯化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。
[0034]本专利技术所述表面活性剂包括PVP、、CTAB、SDS中的一种或几种。
[0035]本专利技术创造性的采用上述特定的碱金属盐，表面活性剂，配合上述铱源使得最终制备的多孔氧化铱纳米材料分散性好，活性高。
[0036]按照本专利技术，所述铱源和碱金属盐的质量比优选为0.2～20:1；更优选为
[0037]本专利技术所述表面活性剂与氯铱酸的质量比为(0～1)：10。
[0038]本专利技术所述乙醇水溶液中乙醇和水的质量比为0.1：(0.1～2)。
[0039]本专利技术对于所述搅拌具体操作不进行限定，本领域技术人员熟知的常温搅拌即可。
[0040]将混合物进行低温加热。
[0041]在本专利技术其中一部分优选实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔氧化铱纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将铱源、碱金属盐、表面活性剂与乙醇水溶液搅拌混匀，依次经低温加热和高温煅烧反应，得到氧化铱纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铱源选自氯铱酸、乙酰丙酮铱、氯化铱、氯铱酸钾、氯铱酸钠或醋酸铱中的一种或几种；所述乙醇水溶液中乙醇和水的质量比为0.1：(0.1～2)。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属盐选自碱金属硫酸盐、碱金属磷酸盐、碱金属氯化物、碱金属碳酸盐或碱金属碳酸氢盐中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铱源和碱金属盐的质量比为0.2～20:1。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)中的一种或几种；表面活...

【专利技术属性】
技术研发人员：王功名，黄婷，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：