一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及氧化铱催化剂制备技术领域，具体的是一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：a、水解：将含铱溶液作为铱前驱体与碱液混合，充分搅拌将混合溶液的酸碱度调节至pH值范围至8

【技术实现步骤摘要】
一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及氧化铱催化剂制备
，具体的是一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]铱氧化物由于优异的催化活性、高耐腐蚀性和长期稳定性，目前是最广泛被应用的质子交换膜水电解阳极催化剂。
[0003]有许多有用的方法可用于合成贵金属基氧化物，多元醇法是一种相对简单的方法，通过在乙二醇中还原金属前体来合成铱或钌的纳米级贵金属胶体，然后可以在空气中对这些金属材料进行热处理以形成氧化物材料，Marshall等人提出了一种改进的多元醇方法，其中乙二醇前体溶液在氮气气氛下加热至回流温度以获得胶体；Adams熔融法已广泛用于生产精细贵金属氧化物粉末；它基于金属前体在熔融硝酸钠熔体中的氧化；与此过程相关的一个缺点是通常会出现会影响电催化行为的钠杂质。
[0004]但上述几种方法得到的氧化铱粒径较大，且杂质较多，氧化铱纯度低，不适用于实际生产需要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种颗粒高纯度、小尺度、高活性、高稳定性的纳米氧化铱催化剂，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]a、水解：将含铱溶液作为铱前驱体与碱液混合，充分搅拌将混合溶液的酸碱度调节至pH值范围至8
‑
14，获得含铱中间体的混合液；<br/>[0009]b、缩合：将含铱中间体混合液与酸性溶液混合，调节混合液的酸碱度至pH值范围至1
‑
5，并利用温度调节控制纳米粒子的尺度，获得含氧化铱催化剂的混合液；
[0010]c、调节：在反应冷却至室温后，将含氧化铱颗粒分散液与碱性溶液混合，调节混合液的酸碱度至pH值等于7，利用离心将分散液中的氧化铱纳米颗粒分离并多次洗涤；
[0011]d、退火：将干燥后的粉末高温退火处理，最后获得高纯度无水氧化铱颗粒。
[0012]在碱性条件下，含铱溶液(铱前驱体)可以被水解为中间产物Ir(OH)4结构，之后在酸性条件下，铱中间体脱水缩合为IrO2。
[0013]优选的，在所述步骤a中，含铱溶液所用溶质选自氯铱酸、氯铱酸钾、氯化铱、醋酸铱、乙酰丙酮铱、氯化铱、氯铱酸钠、氯铱酸铵中的一种或多种，溶剂选自水、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇、甲醇、丙酮中的一种或多种。
[0014]优选的，在所述步骤a中，碱液所用的溶质选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙、氧化钙、醋酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氨水、甲醇钠、乙醇钠中的一种或多种，电解质含量为0.1M～3M。
[0015]优选的，在所述步骤a中，在搅拌将混合溶液同步进行升温反应，升温反应的加热方式为水浴、油浴、加热套加热、烘箱和微波反应器中的一种或多种，升温反应的温度为50℃～100℃，保温时间范围为0.5h～12h。
[0016]优选的，在所述步骤b中，酸液所用的溶质选自硝酸、盐酸、硫酸、高氯酸、氢溴酸、氢氟酸、亚硫酸、甲酸、乙酸、草酸、磷酸、氢碘酸中的一种或多种，电解质含量为0.1M～3M。
[0017]优选的，在所述步骤b中，含铱中间体混合液与酸性溶液混合时同步进行升温反应，升温反应的加热方式为水浴、油浴、加热套加热、烘箱和微波反应器，升温反应的温度为0℃～60℃，保温时间可以为0.5h～12h。
[0018]优选的，在所述步骤c中，碱性溶液所用的溶质选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙、氧化钙、醋酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氨水、甲醇钠、乙醇钠中的一种或多种，电解质含量为0.1M～3M。
[0019]优选的，在所述步骤d中，退火处理时退火设备为马弗炉、管式炉、焦耳热反应器中的一种或多种，退火温度为200℃～600℃，退火时间为0.5h～3h。
[0020]优选的，在所述步骤d中，高温退火环境为空气、氧气、臭氧、氮气、氩气、氧氩气。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]一、本专利技术利用铱前驱体的碱性水解与酸性缩合，通过温度控制手段解决氧化铱催化剂在缩合阶段的聚集问题，避免大颗粒的形成，从而得到低纳米尺度的催化剂粒子，并且本专利技术还利用煅烧退火铱除去产物中的结合水与聚合物，提升催化剂的催化效率与耐用性。
[0023]二、本专利技术所述工艺原理简单，无复杂操作和昂贵的耗材。
[0024]三、本专利技术通过缩合与退火过程的温度调节，能够显著减小催化剂的微晶颗粒，增大催化剂的比表面积，增强催化剂的活性。
[0025]四、本专利技术所制备的阳极催化剂催化效果更好，在相同电流密度下采用本专利技术所述催化剂用于酸性水电解装置阳极时，使用效果由于其他工艺制备的氧化铱，生产单位体积氧是有较低的比能耗，在相同电流密度下有根底的电解电压，而其他工艺氧化铱在10mAcm
‑2下的过电势为300mV～350mV；而本专利技术所制备的氧化铱催化剂作为水电解阳极催化剂时，10mAcm
‑2下电解电压为270mV。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
[0027]图1是本专利技术水电解氧化铱催化剂的制备流程图；
[0028]图2是本专利技术实施例1的透射电子显微镜扫描图；
[0029]图3是本专利技术实施例2的透射电子显微镜扫描图；
[0030]图4是本专利技术实施例1、实施例2与实施例3在0.5M硫酸下的线性伏安曲线扫描图；
[0031]图5是本专利技术在0.5M硫酸下扫速由40mVs
‑1～120mVs
‑1的双电层图(由内至外扫描速率逐步增大)；
[0032]图6是本专利技术在0.5M硫酸下电流密度与扫描速率的关系图；
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]实施例1
[0035]将48.1mg的氯铱酸钾溶于50mL的去离子水中，之后将1MKOH溶液(即浓度为1molL
‑1的氢氧化钾溶液)加入烧瓶中使整体溶液的pH调节为13，在80℃加热并搅拌溶液1h，待反应1h后，将反应温度降至0℃；
[0036]之后向溶液中滴加1MHNO3溶液(即浓度为1molL
‑1的硝酸)将其pH调节至1并在60℃下搅拌1h；
[0037]降温使反应液冷却，调节pH值至中性，之后使用去离子水与乙醇多次离心洗涤并在60℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a、水解：将含铱溶液作为铱前驱体与碱液混合，充分搅拌将混合溶液的酸碱度调节至pH值范围至8
‑
14，获得含铱中间体的混合液；b、缩合：将含铱中间体混合液与酸性溶液混合，调节混合液的酸碱度至pH值范围至1
‑
5，并利用温度调节控制纳米粒子的尺度，获得含氧化铱催化剂的混合液；c、调节：在反应冷却至室温后，将含氧化铱颗粒分散液与碱性溶液混合，调节混合液的酸碱度至pH值等于7，利用离心将分散液中的氧化铱纳米颗粒分离并洗涤3
‑
5次；d、退火：将干燥后的粉末高温退火处理，最后获得高纯度无水氧化铱颗粒。2.根据权利要求1所述的一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤a中，含铱溶液所用溶质选自氯铱酸、氯铱酸钾、氯化铱、醋酸铱、乙酰丙酮铱、氯化铱、氯铱酸钠、氯铱酸铵中的一种或多种，溶剂选自水、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇、甲醇、丙酮中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤a中，碱液所用的溶质选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙、氧化钙、醋酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氨水、甲醇钠、乙醇钠中的一种或多种，电解质含量为0.1M～3M。4.根据权利要求3所述的一种均匀小尺寸PEMWE阳极氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，在所述步骤a中，在搅拌将混合溶液同步进行升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，王明臻，
申请(专利权)人：安徽焓能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：