[发明专利]一种铱氧水合物催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种铱氧水合物催化剂的制备方法，包括如下步骤：（1）将碱金属铱氧化物粉末M_xIrO_y与炭黑混合作为催化剂前驱体，M=Li,Na或K，炭黑的重量含量为6%‑10%；取混合粉末，以四氢呋喃作溶剂、Nafion作粘结剂，制备催化剂ink；将超声均匀的ink涂覆在玻碳电极或碳布上制成含有前驱体的电极；（2）将步骤（1）中制得的电极放入酸性电解质溶液中，通过原位电化学的方法促进前驱体发生结构相变，生成铱氧水合物催化剂。本发明将原本不稳定的铱酸盐反应成能在酸性电解质溶液中稳定，且催化活性高的电催化剂，节省实验步骤，制作工艺简单，且能在电化学测试数据和结构表征图中可清晰直观地看到碱金属铱氧化物在反应前后发生了结构变化。

技术领域

本发明涉及电催化水分解析氧反应催化剂技术领域，具体地说，涉及一种铱氧水合物催化剂的制备方法。

背景技术

不断增加的能源需求、化石燃料的过度消耗以及环境污染的增加是人类面临的重要挑战性问题，虽然太阳能、风能和波浪能之类的可再生清洁能源可以作为解决能源需求问题的替代能源，而这些可再生清洁能源，如太阳能因地球的公转和自转，妨碍了能量的连续产生，会减少其作为主要能源的使用。因此，迫切需要将那些可再生清洁能源转换成理想的可持续可再生清洁能源，以提供连续的能源，在这方面电化学水分解产氢是很有发展前景的技术之一，然而，析氧反应（OER）涉及到多质子-耦合电子转移过程，其动力学反应缓慢，成为电催化水分解的限制步骤，因此开发高效稳定的催化材料至关重要。

近些年来，非贵重过渡金属催化剂因其多样性、低成本和具有一定的催化性能而被广泛研究，虽然这些非贵重过渡金属具有含量丰富、价格较贵金属来说相对低廉等优点，但其在OER反应过程中表现出的催化活性和稳定性还不及贵重金属基催化剂。目前，在OER中电催化活性最好的是铱（Ir）、钌（Ru）的氧化物，但它们在强腐蚀（强酸、强碱）的工作条件下不是很稳定，会发生腐蚀，影响催化剂高催化活性下的稳定性。因此，开发一种低成本的制备方法，制备催化活性高，稳定性高的OER电催化剂极其重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有稳定晶体结构、在强酸中稳定的高催化活性的铱氧水合物催化剂的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铱氧水合物催化剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将碱金属铱氧化物粉末M_xIrO_y与炭黑混合作为催化剂前驱体，M=Li, Na或K，炭黑的重量含量为6%-10%；取混合粉末，以四氢呋喃作溶剂、Nafion作粘结剂，制备催化剂ink；将超声均匀的ink涂覆在玻碳电极或碳布上制成含有前驱体的电极；

（2）将步骤（1）中制得的电极放入酸性电解质溶液中，通过原位电化学的方法促进前驱体发生结构相变，生成铱氧水合物催化剂，成分为H₂IrO₃, H_3+δIrO₄等。

作为优选的，在上述的铱氧水合物催化剂的制备方法中，前驱体碱金属铱氧化合物M_xIrO_y成分为Li₂IrO₃, Li₃IrO₄, Na_1.5Li_0.5IrO₃，Na₂IrO₃等。

作为优选的，在上述的铱氧水合物催化剂的制备方法中，步骤（2）所述的原位电化学采用三电极体系或二电极体系。

作为优选的，在上述的铱氧水合物催化剂的制备方法中，步骤（2）所述的原位电化学的方法为循环伏安法、恒压法或恒流法。