[发明专利]一种具有草莓状结构的碳担载IrO2@Ir异质结复合催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种用于一体式可再生燃料电池的具有草莓状结构的碳担载IrO₂@Ir异质结复合催化剂，其特征在于，所述的复合催化剂为黑色固体粉末，IrO₂@Ir异质结被均匀的负载在碳载体表面，无定形IrO₂层外延在金属Ir表面上，IrO₂层厚度小于1纳米，超薄IrO₂层处于低化学配位和应力收缩状态；所述的复合催化剂的负载量为10~80%之间，IrO₂@Ir纳米粒子的粒径范围为3-9 nm。

2.根据权利要求1所述的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）首先以金属铱盐为前驱体，碳材料为载体，采用有机胺类物质作为金属盐的稳定剂、分散剂和锚定剂，通过溶液分散将铱盐与碳载体充分混合；

（2）然后在惰性气氛下，通过碳热还原出金属铱，并均匀地负载在碳载体上，通过稳定剂和分散剂对催化剂纳米晶长大的抑制作用以及对铱基催化剂成分和结构的调控作用，进而制备出具有典型草莓状结构的碳担载超细IrO₂@Ir异质结颗粒的复合催化剂；

所述的铱盐包括四氯化铱，三氯化铱、醋酸铱、氯铱酸钾、氯铱酸钠中的一种或几种；作为载体的碳材料包括碳纳米管、商业碳黑、石墨烯、石墨碳、生物质碳中的一种或几种；所述的有机胺类物质包括多巴胺、苯胺、牛磺酸、尿素、三聚氰胺中的一种或几种；所述的惰性气氛为氩气、氮气、氦气中的一种或几种；

碳载体、有机胺和金属盐的质量比为碳载体：有机胺：金属盐=50:5~40:9~70；步骤（2）中，所述的碳热还原温度为700-900℃，升温速率为2~10℃/min。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，作为载体的碳材料为商业碳黑；所述的有机胺类物质为多巴胺。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：

（1）将碳载体超声分散在乙醇和水比例为1:1的混合溶液中，随后加入2 mL 0.1 MIrCl₄水溶液，继续超声半小时；

（2）往步骤（1）的混合液中加入10 mg多巴胺，继续磁力搅拌12 h，然后在70℃下烘干；

（3）将步骤(2)中烘干后的样品放入瓷舟，在Ar气氛中以5℃/min的升温速率升至900℃，保温1 h，冷却后得到IrO₂@Ir/C-900复合催化剂。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，得到的IrO₂@Ir异质结颗粒的尺寸为5.03 nm，表面低配位的无定形状IrO₂包覆在金属铱表面，厚度小于1纳米，极薄IrO₂活性层处于应力收缩状态。

6.权利要求1所述的复合催化剂、或是权利要求2-5中任一项所述的制备方法制备得到的复合催化剂在一体式可再生燃料电池中作为析氧、析氢反应电极电催化剂的应用。