本申请公开一种催化剂及其制备方法、质子交换膜电解水电池。本申请的催化剂制备方法，操作简单且容易控制，可适用于规模化大量制备，且制备得到的所述催化剂中，通过所述贵金属氧化物包覆在所述核的表面，提高了所述催化剂中的贵金属元素的表面占比，通过包覆在所述核的表面的所述贵金属氧化物即可满足工况条件下的催化活性，从而实现了所述催化剂在低贵金属载量即具有较好的催化活性。金属载量即具有较好的催化活性。金属载量即具有较好的催化活性。
【技术实现步骤摘要】
催化剂及其制备方法、质子交换膜电解水电池
[0001]本申请涉及电池
，尤其涉及一种催化剂及其制备方法、质子交换膜电解水电池。
技术介绍
[0002]目前，碳中和已经成为了全球可持续发展的共识，而碳中和的实现对能源技术提出了新的挑战。利用可再生能源取代传统化石能源已成为实现碳中和的主要途径之一，但是一般可再生能源均具有较强的波动性，随着装机容量的扩大，过剩能源的储存转化则成为了能源系统的关键之一。在所有储能技术中，质子交换膜电解水(Proton Exchange Membrane Water Electrolysis，PEMWE)凭借其回应迅速、操作灵活和电流密度大等独特优势而受到了人们的广泛关注。
[0003]而作为PEMWE电解水的核心材料，阳极催化剂依赖大量贵金属，比如铱、钌、铂和钯等。但贵金属的产量和储量都很低，并且产地分布不均匀，如何在满足工况条件下的催化活性的同时，降低贵金属的用量成为PEMWE大规模化应用的关键。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本申请提供一种催化剂及其制备方法、质子交换膜电解水电池，以实现催化剂在低贵金属载量下具有较好的催化活性。
[0005]本申请实施例是这样实现的，提供一种催化剂的制备方法，包括：提供第一混合物以及第一溶液，其中，所述第一混合物中包括陶瓷颗粒、贵金属前驱体以及第一溶剂，所述第一溶液中包括熔融盐和第二溶剂；将所述第一混合物与所述第一溶液混合，得到第二混合物，其中，所述第二混合物中析出有熔融盐颗粒；对所述第二混合物进行干燥处理得到固体混合物，并对所述固体混合物煅烧，得到所述催化剂；其中，所述催化剂包括核以及包覆所述核的壳层，所述核中包括所述陶瓷颗粒，所述壳层中包括贵金属氧化物。
[0006]可选的，在本申请的一些实施例中，所述煅烧的过程中还进行搅拌；和/或所述煅烧的温度为400～600℃；和/或所述煅烧的时间为0.5～2h。
[0007]可选的，在本申请的一些实施例中，所述搅拌的速率为100～400rpm；和/或所述对所述固体混合物煅烧之前，还包括：以2～20℃/min的升温速率对所述固体混合物加热至所述煅烧的温度。
[0008]可选的，在本申请的一些实施例中，所述陶瓷颗粒的比表面积小于等于50m2/g；和/或所述陶瓷颗粒的平均粒径为25～500nm；和/或所述陶瓷颗粒的材料包括IVB族氧化物、VB族氧化物、IIA族氧化物、IVA族氧化物、IIIA族氮化物、IV族氮化物中的一种或多种；和/或所述陶瓷颗粒具有金红石型的晶体结构；和/或所述贵金属前驱体包括铱前驱体、钌前驱体、铂前驱体和钯前驱体中的一种或多种；其中，所述铱前驱体包括氯铱酸、氯铱酸钠、氯铱酸钾、氯铱酸铵、硝酸铱、乙酸铱中的一种或多种，所述钌前驱体包括三氯化铱、氯钌酸钠、氯钌酸钾、氯钌酸铵、硝酸钌、醋酸钌中的一种或多种，所述铂前驱体包括氯铂酸、氯铂
酸钠、氯铂酸钾、氯铂酸铵中的一种或多种，所述钯前驱体包括氯化钯、氯钯酸钠、氯钯酸钾、氯钯酸铵中的一种或多种；和/或所述贵金属前驱体中包含的贵金属元素的质量与所述陶瓷颗粒中包含的阳离子对应的元素的质量之比为(0.15～3.35):1；和/或所述第一溶剂包括极性醇类溶剂；和/或在所述第一混合物中，每1g所述陶瓷颗粒对应100～150mL的所述第一溶剂。
[0009]可选的，在本申请的一些实施例中，所述贵金属前驱体中包含的贵金属元素的质量与所述陶瓷颗粒中包含的阳离子对应的元素的质量之比为(1.43～3.35):1；和/或所述IVB族氧化物包括钛氧化物、锆氧化物中的一种或多种，所述VB族氧化物包括钽氧化物、铌氧化物中的一种或多种，所述IIA族氧化物包括铍氧化物、镁氧化物、钙氧化物中的一种或多种，所述IVA族氧化物包括硅氧化物、锗氧化物、锡氧化物中的一种或多种，所述IIIA族氮化物包括氮化硼、氮化铝中的一种或多种，所述IV族氮化物包括氮化硅。
[0010]可选的，在本申请的一些实施例中，所述熔融盐中包含阳离子和阴离子，所述阳离子包括碱金属离子和碱土金属离子中的一种或多种，所述阴离子包括卤离子、硅酸盐离子、碳酸盐离子、硝酸盐离子以及磷酸盐离子中的一种或多，其中，所述碱金属离子包括锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、铯离子、钫离子中的一种或多种，所述碱土金属离子包括铍离子、镁离子、钙离子、锶离子、钡离子和镭离子中的一种或多种，所述卤离子包括氟离子、氯离子、溴离子和碘离子中的一种或多种；和/或所述第二溶剂包括水；和/或所述第一溶液为饱和溶液；和/或所述熔融盐中包含的阳离子对应的元素的质量与所述贵金属前驱体中包含的贵金属元素的质量之比为(1.43～19.14):1。
[0011]可选的，在本申请的一些实施例中，所述熔融盐中包含的阳离子对应的元素的质量与所述贵金属前驱体中包含的贵金属元素的质量之比为(4.78～19.14):1；和/或所述将所述第一混合物与所述第一溶液混合，包括：所述第一混合物在搅拌状态下，将所述第一溶液加入处于搅拌状态下所述第一混合物中，并保持搅拌1～3h，其中，所述搅拌的速率100～800rpm。
[0012]可选的，在本申请的一些实施例中，所述干燥处理的过程中还进行搅拌，所述搅拌的搅拌速率为100～400rpm；和/或所述干燥处理为加热干燥，所述加热干燥的温度为60～90℃，时间为0.5～4h。
[0013]可选的，在本申请的一些实施例中，所述对所述固体混合物煅烧之后，还包括：将所述煅烧得到的固体粉末进行水洗、干燥和研磨，得到所述催化剂；和/或所述提供第一混合物，包括：将所述陶瓷颗粒分散至所述第一溶剂，得到第一分散液；然后向所述第一分散液中加入所述贵金属前驱体，搅拌1～3h，得到所述第一混合物。
[0014]相应的，本申请实施例还提供一种催化剂，通过上述的催化剂的制备方法制得。
[0015]可选的，在本申请的一些实施例中，所述催化剂包括核以及包覆所述核的壳层；其中，所述壳层的厚度为1～12nm。
[0016]相应的，本申请实施例还提供一种PEM电解水电池，包括上述的催化剂。
[0017]本申请的催化剂制备方法，操作简单且容易控制，可适用于规模化大量制备，且制备得到的所述催化剂中，通过所述贵金属氧化物包覆在所述核的表面，提高了所述催化剂中的贵金属元素的表面占比，通过包覆在所述核的表面的所述贵金属氧化物即可满足工况条件下的催化活性，从而实现了所述催化剂在低贵金属载量即具有较好的催化活性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
[0019]图1为本申请提供的催化剂的制备方法的一实施例的流程示意图；
[0020]图2为本申请提供的催化剂的一实施例的结构示意图；
[0021]图3为实施例1～7的催化剂的电导率图；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种催化剂的制备方法，其特征在于，包括：提供第一混合物以及第一溶液，其中，所述第一混合物中包括陶瓷颗粒、贵金属前驱体以及第一溶剂，所述第一溶液中包括熔融盐和第二溶剂；将所述第一混合物与所述第一溶液混合，得到第二混合物，其中，所述第二混合物中析出有熔融盐颗粒；对所述第二混合物进行干燥处理得到固体混合物，并对所述固体混合物煅烧，得到所述催化剂；其中，所述催化剂包括核以及包覆所述核的壳层，所述核中包括所述陶瓷颗粒，所述壳层中包括贵金属氧化物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的过程中还进行搅拌；和/或所述煅烧的温度为400～600℃；和/或所述煅烧的时间为0.5～2h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速率为100～400rpm；和/或对所述固体混合物煅烧之前，还包括：以2～20℃/min的升温速率对所述固体混合物加热至所述煅烧的温度。4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒的比表面积小于等于50m2/g；和/或所述陶瓷颗粒的平均粒径为25～500nm；和/或所述陶瓷颗粒的材料包括IVB族氧化物、VB族氧化物、IIA族氧化物、IVA族氧化物、IIIA族氮化物、IV族氮化物中的一种或多种；和/或所述陶瓷颗粒具有金红石型的晶体结构；和/或所述贵金属前驱体包括铱前驱体、钌前驱体、铂前驱体和钯前驱体中的一种或多种；其中，所述铱前驱体包括氯铱酸、氯铱酸钠、氯铱酸钾、氯铱酸铵、硝酸铱、乙酸铱中的一种或多种，所述钌前驱体包括三氯化铱、氯钌酸钠、氯钌酸钾、氯钌酸铵、硝酸钌、醋酸钌中的一种或多种，所述铂前驱体包括氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、氯铂酸铵中的一种或多种，所述钯前驱体包括氯化钯、氯钯酸钠、氯钯酸钾、氯钯酸铵中的一种或多种；和/或所述贵金属前驱体中包含的贵金属元素的质量与所述陶瓷颗粒中包含的阳离子对应的元素的质量之比为(0.15～3.35):1；和/或所述第一溶剂包括极性醇类溶剂；和/或在所述第一混合物中，每1g所述陶瓷颗粒对应100～150mL的所述第一溶剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属前驱体中包含的贵金属元素的质量与所述陶瓷颗粒中包含的阳离子对应的元素的质量之比为(1.43～3.35):1；和/或所述IVB族氧化物包括钛氧化物、锆氧化物中的一种或多种，所述VB族氧化物包括钽氧化物、铌氧化物中的一种或多种，所述IIA族氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶华冰，劳科杰，胡天，杨洋，黄美铨，李水荣，方晓亮，郑南峰，
申请(专利权)人：嘉庚创新实验室，
类型：发明
国别省市：
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