[发明专利]一种用于电解质膜电解水或水蒸气的负载型催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电解质膜电解水或水蒸气的负载型催化剂及其制备方法。该方法包括：将贵金属化合物加入水中，混匀，得到分散液，加热，过滤，干燥得到金属氧化物载体；将前驱体溶解在水中，混匀，得到前驱体溶液，将前驱体溶液滴加在所述金属氧化物载体上，分散均匀，进行搅拌处理，得到混合液；将混合液加热，然后过滤取沉淀，洗涤，干燥，得到粉末，加热进行高温反应，得到用于电解质膜水蒸气电解的负载型催化剂。本发明提供的催化剂比表面积大，活性位点多，活性颗粒的利用率高，通过多元金属氧化物载体和活性颗粒相互掺杂可以使颗粒物晶体氧元素孔空缺，使晶体结构发生了变形增加了活性面的比例，形成船锚结构使得到的催化剂能更加稳定。

技术领域

本发明属于电解水蒸气或水技术领域，具体涉及一种用于电解质膜电解水或水蒸气的负载型催化剂及其制备方法。

背景技术

电解水的催化剂一般由贵金属组成，贵金属储量低、价格昂贵，限制了电解水的大规模应用，研发廉价、性能好的电解水催化剂是电解水领域发展的重中之重。电解水蒸气反应一般在高温高压的环境下进行，因此想要在常温条件下电解水蒸气，必须使用相应的催化剂来降低反应的难度。阳极催化剂需要较高的电催化活性。一般选用铂族金属及其氧化物作催化剂，目前商业中常用的是铱和钌及其氧化物。但是这些金属及其氧化物的价格较贵。而且还存在结构问题，商用催化剂特别容易发生溶蚀问题，从而导致催化剂的性能和耐久性下降。如专利CN103331172A公开了一种质子交换膜燃料电池非铂氢阳极催化剂的制备方法。该方法使Ir、Ni从络合物中同步缓释、还原、合金化形成成分均匀的碳载铱镍合金催化剂。该方法提高了金属利用率及氢氧化活性。但是这种催化剂在外加电压的条件下，碳层可会被击穿。催化剂的耐腐蚀性较差。会导致性能衰减较快。此问题可通过增加碳层的厚度来解决，但是碳层厚度的增加会影响膜组件的性能。

发明内容

为了克服现有商业催化剂存在的活性低、耐腐性差及成本高等问题，本发明的目的是提供一种用于电解质膜电解水或水蒸气的负载型催化剂及其制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的用于电解质膜电解水或水蒸气的负载型催化剂比表面积大，活性位点多，活性颗粒的利用率高，通过多元金属氧化物载体和活性颗粒相互掺杂可以使颗粒物晶体氧元素孔空缺，使晶体结构发生了变形增加了活性面的比例，形成船锚结构使得到的催化剂能更加稳定。

本发明提供的用于电解质膜电解水或水蒸气的负载型催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将贵金属化合物（钛、锰或铁等金属化合物）加入去离子水中，混合均匀，得到分散液，然后将分散液加热进行第一次水热反应（120-200摄氏度，10-20h），过滤取沉淀，洗涤（可以用去离子水洗涤产物数次），干燥（50-100摄氏度）得到具有二维微纳结构的金属氧化物载体；

（2）将前驱体（铱、钌或钯的化合物）加入水中，混合均匀，得到前驱体溶液，将所述前驱体溶液逐步滴加在步骤（1）所述具有二维微纳结构的金属氧化物载体上，超声分散均匀，然后进行搅拌处理，得到混合液；

（3）将步骤（2）所述混合液放入反应釜中加热进行第二次水热反应（100-180摄氏度），然后过滤取沉淀，洗涤（可以用去离子水洗涤产物数次），干燥（50-100摄氏度），得到棕黑色粉末，将所述粉末加热进行高温反应（400-600摄氏度，4-8h），收集产物，得到所述用于电解质膜电解水或水蒸气的负载型催化剂。

进一步地，步骤（1）所述贵金属化合物为高锰酸钾、硫酸锰、二氧化锰、四氧化三锰、二氧化钛、四氯化钛、硫酸钛、四氧化三铁及三氧化铁中的一种以上；所述贵金属化合物与水的摩尔体积比为0.1-0.5：1mol/L。

优选地，步骤（1）所述贵金属化合物为高锰酸钾、硫酸锰、二氧化锰、四氧化三锰、二氧化钛、四氯化钛、硫酸钛、四氧化三铁及三氧化铁中的两种。