一种双金属氧化物催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种双金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，涉及电解水阳极材料技术领域。本发明专利技术提供的双金属氧化物催化剂，包括CeO2基底以及设置在所述CeO2基底表面的IrO2活性组分。本发明专利技术设计的CeO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种双金属氧化物催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电解水阳极材料
，具体涉及一种双金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢能作为最有可能替代化石能源的清洁能源引起人们的广泛关注，质子交换膜(PEM)电解水装置是一种高效环保的制氢方式。其中发生在阳极侧的氧气析出反应(OER)是PEM电解水中的重要催化过程，然而OER因涉及4电子转移通常需要很高的过电位来获得足以实际应用的反应电流。不仅如此，OER还会产生大量的氢离子使阳极侧的催化剂在酸性电解质中发生腐蚀失效甚至脱落。因此，开发具有高催化活性和高稳定性能的阳极催化剂近年来一直是PEM电解水技术研究的核心。
[0003]目前，IrO2催化剂已经成为酸性电解质条件下PEM电解水应用最广泛的阳极。但是在实际应用中还存在以下问题有待于解决：(1)纯IrO2的催化活性还不够高，存在一定的改善空间；(2)纯IrO2在质子交换膜上的负载量普遍高达2mg/cm2，致使电解水产氢的成本过高；(3)纯IrO2颗粒粘接在质子交换膜上会伴随着团聚现象，活性位点暴露不充分，造成IrO2的质量活性下降；(4)纯IrO2颗粒与质子交换膜之间粘接所产生的结合力偏弱，在酸性环境及析氧产生的气泡的作用下很容易发生脱落。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种双金属氧化物催化剂及其制备方法和应用，本专利技术提供的双金属氧化物催化剂用作PEM电解水阳极时具有较高的催化活性和质量活性，而且具有良好的稳定性能以及较低的成本。r/>[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种双金属氧化物催化剂，包括CeO2基底以及设置在所述CeO2基底表面的IrO2活性组分。
[0007]优选地，所述IrO2活性组分和CeO2基底通过异质结连接。
[0008]优选地，所述IrO2活性组分在CeO2基底表面的覆盖率为10～90％；所述IrO2活性组分与CeO2基底的质量比为0.1～10∶100。
[0009]优选地，所述IrO2活性组分呈颗粒状，所述IrO2活性组分的直径为10～40nm。
[0010]优选地，所述CeO2基底呈薄片状，所述CeO2基底的面积为100～1000000nm2，所述CeO2基底的厚度为30～100nm。
[0011]本专利技术提供了上述技术方案所述双金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)采用阳极电沉积法在碳纸表面制备得到CeO2薄片；
[0013](2)采用阳极电沉积法在负载有CeO2薄片的碳纸表面制备得到IrO2颗粒；
[0014](3)将负载有CeO2薄片和IrO2颗粒的碳纸进行煅烧，得到所述双金属氧化物催化
剂。
[0015]优选地，步骤(1)所述采用阳极电沉积法在碳纸表面制备得到CeO2薄片包括：以碳纸作为阳极，以三价铈盐、稳定剂和CH3CH2OH的水溶液为电解质溶液，进行电化学氧化，在碳纸表面制备得到CeO2薄片。
[0016]优选地，步骤(2)所述采用阳极电沉积法在负载有CeO2薄片的碳纸表面制备得到IrO2颗粒包括：以负载有CeO2薄片的碳纸作为阳极，以三价铱盐和稳定剂的水溶液为电解质溶液，进行电化学氧化，在负载有CeO2薄片的碳纸表面制备得到IrO2颗粒。
[0017]优选地，步骤(3)所述煅烧的温度为500～800℃；所述煅烧的时间为2h以上。
[0018]本专利技术提供了上述技术方案所述双金属氧化物催化剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的双金属氧化物催化剂在电解水阳极中的应用。
[0019]本专利技术提供了一种双金属氧化物催化剂，包括CeO2基底以及设置在所述CeO2基底表面的IrO2活性组分。本专利技术通过在IrO2中引入CeO2构建CeO2‑
IrO2双金属氧化物，可以在降低贵金属Ir用量的同时，优化IrO2活性位点的固有电子结构。相比于纯IrO2催化剂，本专利技术提供的CeO2‑
IrO2双金属氧化物催化剂的成本更低且对于OER的催化活性更高。此外，本专利技术设计的CeO2‑
IrO2双金属氧化物会形成异质结，这将有利于将IrO2活性组分锚定在CeO2基底表面并促使IrO2活性组分离散均匀分布。相比于纯IrO2催化剂，本专利技术提供的CeO2‑
IrO2双金属氧化物催化剂的稳定性能和质量活性均得到了提升。
[0020]本专利技术提供了上述技术方案所述双金属氧化物催化剂的制备方法，相比于常见贵金属氧化物催化剂的制备方法如亚当斯熔融法、热分解法和水热法，本专利技术采用的阳极电沉积法可以简易可控地制备得到具有异质结的CeO2‑
IrO2双金属氧化物催化剂。
[0021]在本专利技术中，将CeO2‑
IrO2双金属氧化物催化剂用作PEM电解水阳极时，相比于商用的纯IrO2催化剂，其达到10mA
·
cm
‑2所需要的过电位降低了20～120mV，质量活性提高了1～7mA
·
μg
Ir
‑1，稳定性能增强了至少2倍，同时贵金属Ir的用量降低了20％以上。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1中碳纸在500nm尺度下的SEM图(插图为50nm尺度下的SEM图)；
[0023]图2为本专利技术实施例1制备的负载有CeO2薄片的碳纸在500nm尺度下的SEM图(插图为50nm尺度下的SEM图)；
[0024]图3为本专利技术实施例1制备的负载有CeO2薄片和IrO2颗粒的碳纸在500nm尺度下的SEM图(插图为50nm尺度下的SEM图)。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种双金属氧化物催化剂，包括CeO2基底以及设置在所述CeO2基底表面的IrO2活性组分。
[0026]本专利技术提供的双金属氧化物催化剂包括CeO2基底。在本专利技术中，所述CeO2基底优选呈薄片状，所述CeO2基底的面积优选为100～1000000nm2，更优选为250000～400000nm2；所述CeO2基底的厚度优选为30～100nm，更优选为30～60nm。
[0027]本专利技术提供的双金属氧化物催化剂包括设置在所述CeO2基底表面的IrO2活性组
颗粒优选包括：以负载有CeO2薄片的碳纸作为阳极，以三价铱盐和稳定剂的水溶液为电解质溶液，进行电化学氧化，在负载有CeO2薄片的碳纸表面制备得到IrO2颗粒。在本专利技术中，所述三价铱盐优选包括IrCl3或硫酸亚铱酸盐，更优选为IrCl3。在本专利技术中，所述稳定剂优选包括乙酸或乙酸盐；所述乙酸盐优选包括CH3COONH4或CH3COONa，更优选为CH3COONH4。
[0039]在本专利技术中，所述电解质溶液中三价铱盐的浓度优选为0.001～0.1mol/L，更优选为0.004mol/L；稳定剂的浓度优选为0.01～0.1mol/L，更优选为0.02mol/L。本专利技术在进行所述电化学氧化时，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属氧化物催化剂，其特征在于，包括CeO2基底以及设置在所述CeO2基底表面的IrO2活性组分。2.根据权利要求1所述的双金属氧化物催化剂，其特征在于，所述IrO2活性组分和CeO2基底通过异质结连接。3.根据权利要求1或2所述的双金属氧化物催化剂，其特征在于，所述IrO2活性组分在CeO2基底表面的覆盖率为10～90％；所述IrO2活性组分与CeO2基底的质量比为0.1～10∶100。4.根据权利要求1或2所述的双金属氧化物催化剂，其特征在于，所述IrO2活性组分呈颗粒状，所述IrO2活性组分的直径为10～40nm。5.根据权利要求1或2所述的双金属氧化物催化剂，其特征在于，所述CeO2基底呈薄片状，所述CeO2基底的面积为100～1000000nm2，所述CeO2基底的厚度为30～100nm。6.权利要求1～5任一项所述双金属氧化物催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)采用阳极电沉积法在碳纸表面制备得到CeO2薄片；(2)采用阳极电沉积法在负载有CeO2薄片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锡奎，葛鹏，高建平，卢广轩，张欢，任碧莹，
申请(专利权)人：西部金属材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：