【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解水催化剂的制备，具体地，本专利技术涉及一种三元电解水催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在清洁和可再生能源的循环利用中，电解水是产生氢气的最可行方法之一，约占全球产氢量的4％。水电解包括两个半反应：在阳极发生的析氧反应(oer)和在阴极发生的析氢反应(her)。相比于传统的碱性介质，近年来固体聚合物交换膜技术的成功进一步加速了酸性水电解的应用。然而，该技术关键的瓶颈仍在于动力学缓慢的oer，特别是在酸性介质中。因为根据pourbaix相图，大多数金属在工作电势区域会发生溶解腐蚀。而oer是一个上坡的能量转化过程，涉及每个氧分子的四质子和电子转移，通常要求催化剂在高过电位下长时间工作。因此，在低过电位下达到高电流密度对催化剂的耐久性至关重要。虽然一些用于碱性介质的oer催化剂设计原则已经被提出和应用，但关于适用于酸性电解质的催化剂设计原则少有报道。
2、目前，只有ir氧化物在酸性oer中表现出了较高的稳定性，但仍然需要高过电位(一般超过300mv)。相比之下，ru是最出色的oer催化剂，并且比ir便宜近5-16倍，但ru存在严重的腐蚀降解问题。与此同时，提高ru催化剂稳定性的常用方法，包括高含量ir掺杂(至少需要30％的ir掺杂)、热煅烧或构建强载体-金属相互作用，通常会导致催化活性的降低。因此，探索能够在低过电位的酸条件下稳定工作的oer催化剂是目前电化学领域面临的重大挑战之一。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技
2、第一方面，本专利技术实施例提出了一种三元电解水催化剂，所述三元电解水催化剂的分子式为irxru1-xayoδ，其中，a为ti、nb或ta中的至少一种，0<x<1，0<y<1，2<δ<4。
3、本专利技术实施例从平衡稳定性和催化活性为出发点，在催化剂中设计了双金属irru氧化物，从而兼顾了金属ir和金属ru这两种金属在催化活性和稳定性上的优势；同时本专利技术实施例还在催化剂中引入了在酸性电解质中热力学稳定的ti、nb或ta元素，不仅可以有效降低贵金属ir和ru的用量，从而降低催化剂的生产成本，同时还可以提高催化剂在酸性环境中电解水的催化性能。
4、在一些实施例中，所述ir的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％，所述ru的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％，所述a的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％。
5、第二方面，本专利技术实施例还提出了一种如第一方面所述的三元电解水催化剂的制备方法，包括如下步骤：
6、(1)按比例配制水-醇混合液，并在搅拌状态下向所述水-醇混合液中加入a的前驱体化合物盐，进行水解反应；反应结束后，将反应产物进行超声分散，形成分散液；之后，将所述分散液经离心分离、清洗、干燥后，获得a元素的无定形氧化物；
7、(2)将所述a元素的无定形氧化物加入碱性溶液中，超声，得到a元素的过氧化物水溶液；
8、(3)向所述a元素的过氧化物水溶液中加入可溶性ir盐、可溶性ru盐和第一过渡金属盐，得到混合液；
9、(4)将所述混合液依次进行蒸干、干燥、煅烧，得到固体粉末；
10、(5)将所述固体粉末加入稀硫酸溶液中，超声分散后静置，使得所述第一过渡金属盐中的过渡金属元素从催化剂中完全析出后，通过离心分离、清洗、干燥，得到所述三元水电解催化剂。
11、本专利技术实施例三元电解水催化剂的制备方法中通过选用廉价且在酸性电解质中热力学稳定的iv b族或v b族过渡金属元素作为稀释剂，并在水相中实现贵金属组分与稀释剂的均匀混合，进而使得二者能够在热煅烧中形成强相互作用，并以此提高了催化剂在酸性电解质工况下的稳定性；同时还可以有效降低贵金属ir和ru的使用量，从而降低催化剂的整体成本。
12、在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述醇包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或异丙醇中的至少一种；
13、和/或，所述水-醇混合液中，水与醇的体积比为(0.1～10):1；
14、和/或，所述a的前驱体化合物盐包括有机钛盐、有机铌盐或有机钽盐中的至少一种；所述有机钛盐包括四甲醇钛、四甲醇钛、钛酸四正丁酯、异丙醇钛或异辛醇钛中的至少一种，所述有机铌盐包括乙醇铌、戊醇铌、正丁醇铌或五异丙氧基铌中的至少一种，所述有机钽盐包括甲醇钽、丁醇钽、丁醇钽或异丙醇钽中的至少一种
15、和/或，所述a的前驱体化合物盐与所述水-醇混合液的质量体积比为(0.7～1)g:1ml。
16、在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述水解反应的反应温度为25～60℃，反应时间为0.5～2h；
17、和/或，所述超声分散的功率为10～100w，超声时间为1～10min；
18、和/或，所述离心分离的转速为1000～10000rpm，离心时间为1～10min；
19、和/或，所述干燥的方式包括真空干燥、鼓风干燥或冷冻干燥中的至少一种，优选为冷冻干燥；所述干燥的温度为60～80℃，干燥时间为12～48h。
20、在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述碱性溶液为双氧水溶液与氢氧化钠溶液的混合液，所述双氧水溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为(0.1～10):1，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1～10mol/l。
21、在一些实施例中，所述步骤(3)中，所述可溶性ir盐为水合三氯化铱水合物、四氯化铱水合物、十二羰基四铱、六氯铱酸钾或六氯铱酸铵水合物中的至少一种；
22、和/或，所述可溶性ru盐为乙酸钌、四氧化钌、六氯钌酸铵、高钌酸钾或六羰基氯化钌中的至少一种；
23、和/或，第一过渡金属盐包括钪盐、钛盐、钒盐、铬盐、锰盐、铁盐、钴盐、镍盐、铜盐或锌盐中的至少一种，优选为铁盐、钴盐、镍盐或铜盐；
24、和/或，所述可溶性ir盐、所述可溶性ru盐与所述第一过渡金属盐的摩尔比为(6～8):(2～4):4。
25、在一些实施例中，所述步骤(4)中，所述蒸干的方式包括水浴搅拌蒸干、旋蒸或冷冻蒸干中的至少一种；
26、和/或，所述干燥的温度为60～80℃，干燥时间为12～48h；
27、和/或，所述煅烧的温度为200～450℃，升温速度为0.5～10℃/min，煅烧时间为0.5～4h。
28、在一些实施例中，所述步骤(5)中，所述稀硫酸的浓度为0.1～1mol/l；
29、和/或，所述超声的功率为10～100w，超声时间为1～10min；所述静置的时间为0.5～72h；
30、和/或，所述离心的转速为1000～10000rpm，离心时间为1～10min；
31、和/或，所述清洗采用的清洗剂包括乙醇、水或丙酮中的至少一种；
32、和/或，所述干燥的温度为40～95℃，干燥时间为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三元电解水催化剂，其特征在于，所述三元电解水催化剂的分子式为IrxRu1-xAyOδ，其中，A为Ti、Nb或Ta中的至少一种，0<x<1，0<y<1，2<δ<4。
2.根据权利要求1所述的三元电解水催化剂，其特征在于，所述Ir的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％，所述Ru的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％，所述A的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％。
3.一种如权利要求1或2所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述醇包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或异丙醇中的至少一种；
5.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述水解反应的反应温度为25～60℃，反应时间为0.5～2h；
6.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述碱性溶液为双氧水溶液与氢氧化钠溶液的混合液，所述双氧水溶液与所述氢氧
7.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述可溶性Ir盐为水合三氯化铱水合物、四氯化铱水合物、十二羰基四铱、六氯铱酸钾或六氯铱酸铵水合物中的至少一种；
8.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述蒸干的方式包括水浴搅拌蒸干、旋蒸或冷冻蒸干中的至少一种；
9.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述稀硫酸的浓度为0.1～1mol/L；
10.一种如权利要求1或2所述的三元电解水催化剂作为析氧反应催化剂在酸性环境中电催化水电解中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种三元电解水催化剂，其特征在于，所述三元电解水催化剂的分子式为irxru1-xayoδ，其中，a为ti、nb或ta中的至少一种，0<x<1，0<y<1，2<δ<4。
2.根据权利要求1所述的三元电解水催化剂，其特征在于，所述ir的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％，所述ru的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％，所述a的掺杂量占所述催化剂的20～60wt％。
3.一种如权利要求1或2所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述醇包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或异丙醇中的至少一种；
5.根据权利要求3所述的三元电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述水解反应的反应温度为25～60℃，反应时间为0.5～2h；
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐瑞运，侯兴东，王博，陈宏，王振兴，解新华，郭伟琦，王鹏杰，王金意，
申请(专利权)人：华能张掖能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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