一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）用浓盐酸将RuCl3配制成RuCl3溶液，加水稀释，将稀释后的溶液加热至80

【技术实现步骤摘要】
一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法


[0001]本专利技术属于水电解制氢
，具体涉及一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]氢气是一种清洁能源的载体，它可由传统煤、石油、天然气等化石燃料制取，也可由风能、太阳能等清洁能源制取，可再生能源获取氢能被认为是“绿氢”。其中水电解制氢技术尤为重要。目前成熟的水电解技术包括：碱性水电解、固体氧化物电解槽和质子交换膜（PEM）水电解三种。其中，PEM技术路线具有结构紧凑、电流密度大、启动响应快、占地面积小（便携式）、温度区间合适（20
‑
80 C
°
）等优点。此外，PEM制氢技术非常适合与风能、太阳能等绿色可再生能源联动，将“弃电”转换为化学能进行存储。
[0003]电解水主要涉及两个半反应过程，阴极的氢析出反应（HER）和阳极的氧析出反应（OER）。其中OER是制约其性能的主要瓶颈。OER缓慢的动力学过程，导致阳极需要更高的过电势去克服反应能垒，因而PEM电解水中主要的能量损失来源于阳极的高电位。OER的反应路径通常涉及*O、*OH、*OOH中间体的吸脱附过程，其中涉及了多步多电子的转移过程。传统的过渡金属催化剂很容易在高氧化电位下失活，因此OER催化剂的选择主要局限在金属氧化物。此外部分金属氧化物由于晶格氧的参与反应，还存在O
‑
O的耦合转移过程，虽然能够有效降低反应的能垒，然而晶格氧的参与还会带来催化剂结构的坍塌，导致催化活性和耐久性的衰减。
[0004]目前为止，IrO2和RuO2是OER性能最优异的催化剂。其中，RuO2在酸性条件下具有优异的活性，但是，其更容易被氧化引起催化剂的结构坍塌，而造成催化剂的溶解以及催化活性的降低。IrO2能够保持较好的催化活性的同时具有良好的稳定性。但是Ir元素在地球的储量稀少，价格昂贵，增加了PEM电解水的成本。因此，急需寻找廉价、制备简易、催化活性高、稳定性良好的替代材料来降低PEM电解水的成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，能制备得到氧化铱包覆氧化钌的核壳纳米复合催化剂，物相分布均匀，催化活性好、化学耐久性长。
[0006]一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）用浓盐酸将RuCl3配制成RuCl3溶液，加水稀释，将稀释后的溶液加热至80
‑
100℃，然后向其中加入NaOH溶液调节pH至8
‑
9；在搅拌条件下，向其中通入臭氧；再向其中加入盐酸调节pH至6
‑
7，静置0.5
‑
1h，得到溶液A；（2）在搅拌状态下，向溶液A中滴加入铱的盐溶液，在80
‑
100℃下继续搅拌1
‑
2h并
加入氨水调节pH至12；静置至溶液完全沉淀，分离沉淀和上清液，将沉淀烘干干燥，得到前驱体；（3）将前驱体焙烧，冷却后清洗，过滤，冷冻干燥。
[0007]优选地，步骤（1）中，RuCl3溶液中钌的浓度为0.01
‑
0.1g/mL。
[0008]优选地，臭氧的浓度30%，流速为50 sccm，臭氧的通入时间为0.5
‑
1h。
[0009]优选地，步骤（2）中，按照铱和钌的摩尔比为1：（1
ꢀ‑
5）加入铱的盐溶液。
[0010]优选地，所述铱的盐溶液中铱的浓度为0.01
‑
0.1g/mL。
[0011]优选地，所述铱的盐为三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、氯铱酸铵、醋酸铱或六氯铱酸钾。
[0012]优选地，步骤（2）中烘干干燥的条件为在60
‑
70℃下干燥2.5
‑
3h。
[0013]优选地，步骤（3）中焙烧的条件为在300
‑
700℃下焙烧3
‑
5h。
[0014]优选地，步骤（3）中的清洗为先用0.1~0.5mol/L的稀盐酸清洗，再用水清洗至清洗液中无氯离子。
[0015]本专利技术的优点：（1）本专利技术提供的IrO2@RuO2催化剂的制备方法，通过持续的通入臭氧，在加热条件下RuO2前驱体颗粒表面会富集多种含氧官能团，含氧官能团的存在能够快速锚定Ir盐络合物，通过控制添加氨水的pH数值和Ir的添加含量，能够准确的控制IrO2包覆层的厚度，有效制备了IrO2@RuO2复合催化剂，避免了现有技术中催化剂颗粒过大、形貌难以控制的问题；（2）本专利技术制备的IrO2@RuO2复合催化剂，具有良好的BET比表面积，在电流密度达到10 mAcm
‑2时的氧析出电位为285
‑
300 mV，催化活性优于相同电流密度下IrO2催化剂，减少了一半以上的金属Ir用量。
附图说明
[0016]图1 实施例2制备得到的催化剂的SEM谱图；图2 实施例2制备得到的催化剂的TEM谱图；图3 实施例2制备得到的催化剂的N2等温吸/脱附曲线；图4 实施例2制备得到的催化剂的孔径数据分布图；图5 实施例2制备得到的催化剂和对比例IrO2催化剂的电化学阻抗谱图；图6 实施例1
‑
3制备得到的催化剂和对比例IrO2催化剂的极化电流曲线；图7实施例2制备得到的催化剂和对比例IrO2催化剂的双电层电容值。
具体实施方式
[0017]实施例1一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）用36wt%浓盐酸将RuCl3配制成钌的浓度为0.01g/mL的RuCl3溶液，取10 mL该RuCl3溶液并加入90mL水稀释，将稀释后的溶液加热至90℃，然后向其中加入1mol/L的NaOH溶液，溶液中逐渐出现黑色絮状沉淀，继续滴加NaOH溶液调节pH至8；在搅拌条件下，向其中通入30%的臭氧1h，臭氧流速为50 sccm；再向其中加入1mol/L的盐酸溶液调节pH至6，静置
0.5h，得到溶液A；（2）在搅拌状态下，向溶液A中滴加入10mL 铱的浓度为0.01g/mL的IrCl4溶液，在90℃下搅拌2h并加入氨水调节pH稳定在12；静置5h，溶液完全沉淀，分离沉淀和上清液，将沉淀在60℃下烘干干燥3h，得到前驱体；（3）将前驱体置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热至300℃，在300℃下焙烧3h，冷却后用0.1mol/L的稀盐酸清洗后再用去离子水清洗至清洗液中无氯离子，过滤，冷冻干燥。
[0018]实施例2步骤（3）中，加热至400℃，在400℃下焙烧3h，其他同实施例1。
[0019]实施例3步骤（3）中，加热至500℃，在500℃下焙烧3h，其他同实施例1。
[0020]实施例4一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）用36wt%的浓盐酸将RuC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）用浓盐酸将RuCl3配制成RuCl3溶液，加水稀释，将稀释后的溶液加热至80
‑
100℃，然后向其中加入NaOH溶液调节pH至8
‑
9；在搅拌条件下，向其中通入臭氧；再向其中加入盐酸调节pH至6
‑
7，静置0.5
‑
1h，得到溶液A；（2）在搅拌状态下，向溶液A中滴加入铱的盐溶液，在80
‑
100℃下继续搅拌1
‑
2h并加入氨水调节pH至12；静置至溶液完全沉淀，分离沉淀和上清液，将沉淀烘干干燥，得到前驱体；（3）将前驱体焙烧，冷却后清洗，过滤，冷冻干燥。2.根据权利要求1所述适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，RuCl3溶液中钌的浓度为0.01
‑
0.1g/mL。3.根据权利要求2所述适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，其特征在于：臭氧的浓度30%，流速为50 sccm，臭氧的通入时间为0.5
‑
1h。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊来飞，陈丹，张洁兰，颜攀敦，张彬雁，邱晨曦，李岳锋，
申请(专利权)人：西安凯立新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：