[发明专利]一种用于电解水制氢的贵金属粉末催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电解水制氢的贵金属粉末催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、制备载体：制备锐钛矿的TiO2纳米线；S2、配制活性液：将TiO2纳米线溶解于有机溶剂中，向其中加入铱源，常温搅拌形成活性液；S3、蒸干活性液：将S2配制好的含有贵金属的活性液进行加热搅拌，加热搅拌至溶液蒸干为止；S4、烧结：将S3蒸干后的活性液中的粉末进行烘干研磨，后置于坩埚中进行烧结，即可得到贵金属粉末催化剂。本发明提供的制备方法，将IrO₂负载在比表面积大的TiO₂纳米线上，提高IrO₂的活性暴露面积，提高其催化活性。另外由于纳米线本身含有二维缺陷结构，通过其缺陷结构降低催化所需的能量势垒，进一步的提升IrO₂的本征催化活性。

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，具体而言涉及一种用于电解水制氢的贵金属粉末催化剂的制备方法。

背景技术

可再生能源电解水制氢在国际上呈现快速发展态势，许多国家已经开始设定氢能在交通领域之外的工业、建筑、电力等行业发展目标，在政府规划、应用示范等方面都有积极表现。

在技术层面，电解水制氢主要分为AWE、固体聚合物PEM水电解，固体聚合物阴离子交换膜(AEM)水电解、固体氧化物(SOE)水电解。但从技术角度看，PEM电解水技术的电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载，与风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性。由于PEM电解槽的阳极处于强酸性环境(pH≈2)、电解电压为1.4～2.0V，多数非贵金属会腐蚀并可能与PEM中的磺酸根离子结合，进而降低PEM传导质子的能力。PEM电解槽的电催化剂研究主要是Ir、Ru等贵金属/氧化物及其二元、三元合金/混合氧化物，以钛材料为载体的负载型催化剂。PEM水电解制氢已步入商业化早期，制约技术大规模发展的瓶颈在于膜电极选用被少数厂家垄断，阴阳极催化材料需采用贵金属导致成本昂贵。因此提高贵金属催化剂活性减少催化剂负载量迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于电解水制氢的贵金属粉末催化剂的制备方法，以提高电解水制氢催化剂的催化活性。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于电解水制氢的贵金属粉末催化剂的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

S1、制备载体：制备锐钛矿的TiO₂纳米线；

S2、配制活性液：将TiO₂纳米线溶解于有机溶剂中，向其中加入铱源，常温搅拌形成活性液；

S3、蒸干活性液：将S2配制好的含有贵金属的活性液进行加热搅拌，加热搅拌至溶液蒸干为止；

S4、烧结：将S3蒸干后的活性液中的粉末进行烘干研磨，后置于坩埚中进行烧结，即可得到贵金属粉末催化剂。

进一步地，所述步骤S1制备载体，具体包括：

S1.1、配置前驱液：将二氧化钛P25置于浓度为6～10mol/L的NaOH溶液中，常温搅拌得到混合液；

S1.2水热反应：将步骤S1.1中得到的混合液转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢的反应釜中，置于130～150℃干燥箱中反应18～36h；

S1.3水洗：将白色固体用0.1～0.3mol/L的稀盐酸浸泡12～24h，使用超声离心酸洗至pH为1左右，再用去离子超声离心水洗至中性，将粉末置于120～140℃干燥箱中烘干。

进一步地，所述步骤S1.1中，混合液中二氧化钛P25的浓度范围为1～5g/L。

进一步地，所述步骤S2中的TiO₂纳米线均选不同粒径的二氧化钛纳米粉中的一种经过水热反应分解得到。