【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解水制氢，尤其涉及一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法和应用。
技术介绍
1、pem电解兼具运行电流密度高、氢气纯度高、环境友好无污染等优势，符合新能源发展的趋势。在酸性介质中开发高活性、高性价比和高稳定的析氧反应(oer)催化剂对于pem电解水的实际应用至关重要。目前经过理论计算和实验筛选出的适用于pem电解槽的电催化剂主要为ir、ru等贵金属及其氧化物。其中，ru基材料由于易发生过氧化从而导致可溶性rux>4物种的产生（例如ruo4衍生物），从而严重阻碍了ru基材料在pem器件中的商业化应用。所以目前仍考虑主要以ir基及其氧化物作为质子交换膜电解水的商业阳极催化剂。然而由于ir基金属及其氧化物的稀缺性，过于高昂的成本很大程度上限制了pem电解水大规模应用。在低用量的基础上，开发高活性和稳定的ir基催化剂是实现pem电解水商业化应用的主要途径之一。
2、通过筛选合适的ir基催化剂载体，将催化剂与载体材料结合可以提高其在腐蚀性酸性介质中的稳定性。催化剂-载体系统的性能很大程度上取决于载体材料的性质，如稳定性、导电性以及与催化剂的相互作用。理想的支撑材料有利于均匀地分散和有力地锚定催化剂，同时促进更快的电子转移，进而调整活性催化金属的电子结构和化学性质以实现更高的催化效率。目前基于载体方面的研究，已经初步在溶液电化学中实现低贵金属载量、高活性高稳定性的研究目标。而该类催化材料应用于质子交换膜电解水电解槽的相关研究却仍较为有限，这是由于溶液电化学所处的化学环境和实际电解水工况运行下的环境具有一定差异
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种在提高本征催化活性和金属利用率的同时不损失稳定性的氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法。
2、本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供该氧化铱-二氧化锰催化剂的应用。
3、为解决上述问题，本专利技术所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将锰源和铵盐，充分溶解在去离子水中，所得溶液转移到高压釜中加热反应，经洗涤、干燥，即得载体mno2；所述铵盐与所述锰源的质量比为1:1~5:1；
5、s2、将所述载体mno2分散在ph=10~14的碱性溶液中，加入铱源并使其溶解，即得分散液；所述铱源与所述载体mno2的质量比为1:1~1:5；所述载体mno2与所述碱性溶液的质量比为1:20~1:50；所述铱源为na2ircl6·6h2o；
6、s3、将所述分散液在高压釜中加热反应，经洗涤、干燥，即得氧化铱-二氧化锰（iro2/mno2）催化剂。
7、所述步骤s1中锰源为kmno4、mnso4·h2o中的至少一种；铵盐为(nh4)2s2o8。
8、所述步骤s1与所述步骤s3中加热反应的条件均是指温度为90~180℃，反应时间为1~12 h。
9、所述步骤s1中载体mno2为α-mno2、β-mno2、γ-mno2或δ-mno2中的一种。
10、所述步骤s3中氧化铱-二氧化锰（iro2/mno2）催化剂的粒径为1~2 nm；ir所占的质量百分比为1 wt%~20 wt%。
11、如上所述方法制备的一种氧化铱-二氧化锰（iro2/mno2）催化剂。
12、如上所述的一种氧化铱-二氧化锰（iro2/mno2）催化剂的应用，其特征在于：该氧化铱-二氧化锰（iro2/mno2）催化剂在酸性电解水析氧反应中作为析氧催化剂。
13、采用如上所述的氧化铱-二氧化锰（iro2/mno2）催化剂制备的一种膜电极。
14、如上所述的一种膜电极的应用，特征在于：该膜电极应用于质子交换膜水电解催化反应中。
15、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
16、1、本专利技术将iro2负载在mno2上，成功对iro2的电子结构进行调控，得到均匀分散的mno2上负载iro2团簇纳米颗粒催化剂，将其作为析氧反应催化剂应用于酸性电解水析氧反应中，在减少iro2使用量化的同时增强了稳定性且提高了其本征反应活性。
17、2、本专利技术所制备的iro2/mno2催化剂在膜电极上保持高活性和高稳定性，同时iro2负载量低。
18、3、本专利技术通过水热法合成不同晶型的mno2，并将其作为基底构筑iro2/mno2。其中β-mno2作为载体负载iro2表现出了最佳的活性以及稳定性。iro2/β-mno2在10 ma cm-2的电流密度下可表现出310 mv的低过电位。此外，在电解水制氢电解槽中，与商业iro2的电池电压1.905 v@1 a cm-2相比， iro2/β-mno2可在该电流密度下，表现出1.820 v的电池电压，并可持续稳定运行200 h。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中锰源为KMnO4、MnSO4·H2O中的至少一种；铵盐为(NH4)2S2O8。
3.如权利要求1所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1与所述步骤S3中加热反应的条件均是指温度为90~180℃，反应时间为1~12 h。
4.如权利要求1所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中载体MnO2为α-MnO2、β-MnO2、γ-MnO2或δ-MnO2中的一种。
5.如权利要求1所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中氧化铱-二氧化锰催化剂的粒径为1~2 nm；Ir所占的质量百分比为1 wt%~20 wt%。
6.如权利要求1~5任一项所述方法制备的一种氧化铱-二氧化锰催化剂。
7.如权利要求6所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的应用，其特征在于：该氧化铱-二氧化锰催化剂在酸性电解水析氧反应中
8.采用如权利要求7所述的氧化铱-二氧化锰催化剂制备的一种膜电极。
9.如权利要求8所述的一种膜电极的应用，特征在于：该膜电极应用于质子交换膜水电解催化反应中。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中锰源为kmno4、mnso4·h2o中的至少一种；铵盐为(nh4)2s2o8。
3.如权利要求1所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s1与所述步骤s3中加热反应的条件均是指温度为90~180℃，反应时间为1~12 h。
4.如权利要求1所述的一种氧化铱-二氧化锰催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中载体mno2为α-mno2、β-mno2、γ-mno2或δ-mno2中的一种。
【专利技术属性】
技术研发人员：王双印，郑俊一，陈如，何勇民，费慧龙，王特华，陶李，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。