[发明专利]一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法

说明书

本发明公开一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）用浓盐酸将RuCl₃配制成RuCl₃溶液，加水稀释，将稀释后的溶液加热至80‑100℃，然后向其中加入NaOH溶液调节pH至8‑9；在搅拌条件下，向其中通入臭氧；再加入盐酸调节pH至6‑7，静置0.5‑1h；（2）在搅拌状态下，向其中滴加入铱的盐溶液，在80‑100℃下继续搅拌1‑2h并加入氨水调节pH至12；静置至溶液完全沉淀，分离沉淀和上清液，将沉淀烘干干燥，得到前驱体；（3）将前驱体焙烧，冷却后清洗，过滤，冷冻干燥。本发明制备的催化剂，物相分布均匀，具有良好的BET比表面积和催化活性。

技术领域

本发明属于水电解制氢技术领域，具体涉及一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法。

背景技术

氢气是一种清洁能源的载体，它可由传统煤、石油、天然气等化石燃料制取，也可由风能、太阳能等清洁能源制取，可再生能源获取氢能被认为是“绿氢”。其中水电解制氢技术尤为重要。目前成熟的水电解技术包括：碱性水电解、固体氧化物电解槽和质子交换膜（PEM）水电解三种。其中，PEM技术路线具有结构紧凑、电流密度大、启动响应快、占地面积小（便携式）、温度区间合适（20-80 C°）等优点。此外，PEM制氢技术非常适合与风能、太阳能等绿色可再生能源联动，将“弃电”转换为化学能进行存储。

电解水主要涉及两个半反应过程，阴极的氢析出反应（HER）和阳极的氧析出反应（OER）。其中OER是制约其性能的主要瓶颈。OER缓慢的动力学过程，导致阳极需要更高的过电势去克服反应能垒，因而PEM电解水中主要的能量损失来源于阳极的高电位。OER的反应路径通常涉及*O、*OH、*OOH中间体的吸脱附过程，其中涉及了多步多电子的转移过程。传统的过渡金属催化剂很容易在高氧化电位下失活，因此OER催化剂的选择主要局限在金属氧化物。此外部分金属氧化物由于晶格氧的参与反应，还存在O-O的耦合转移过程，虽然能够有效降低反应的能垒，然而晶格氧的参与还会带来催化剂结构的坍塌，导致催化活性和耐久性的衰减。

目前为止，IrO₂和RuO₂是OER性能最优异的催化剂。其中，RuO₂在酸性条件下具有优异的活性，但是，其更容易被氧化引起催化剂的结构坍塌，而造成催化剂的溶解以及催化活性的降低。IrO₂能够保持较好的催化活性的同时具有良好的稳定性。但是Ir元素在地球的储量稀少，价格昂贵，增加了PEM电解水的成本。因此，急需寻找廉价、制备简易、催化活性高、稳定性良好的替代材料来降低PEM电解水的成本。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，能制备得到氧化铱包覆氧化钌的核壳纳米复合催化剂，物相分布均匀，催化活性好、化学耐久性长。

一种适用于酸性水电解析氧的氧化铱@氧化钌复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）用浓盐酸将RuCl₃配制成RuCl₃溶液，加水稀释，将稀释后的溶液加热至80-100℃，然后向其中加入NaOH溶液调节pH至8-9；在搅拌条件下，向其中通入臭氧；再向其中加入盐酸调节pH至6-7，静置0.5-1h，得到溶液A；

（2）在搅拌状态下，向溶液A中滴加入铱的盐溶液，在80-100℃下继续搅拌1-2h并加入氨水调节pH至12；静置至溶液完全沉淀，分离沉淀和上清液，将沉淀烘干干燥，得到前驱体；

（3）将前驱体焙烧，冷却后清洗，过滤，冷冻干燥。

优选地，步骤（1）中，RuCl₃溶液中钌的浓度为0.01-0.1g/mL。

优选地，臭氧的浓度30%，流速为50 sccm，臭氧的通入时间为0.5-1h。

优选地，步骤（2）中，按照铱和钌的摩尔比为1：（1 -5）加入铱的盐溶液。