[发明专利]一种双效氧电极催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于用热分解法生产催化剂的技术领域和可再生燃料电池领域，特别涉及到以Pt为基础的可再生燃料电池双效氧电极催化剂的制备方法。

背景技术

可再生燃料电池(Regenerative Fuel Cell，RFC)是一种将水电解过程与燃料电池发电过程相结合的电化学能量转换装置。RFC系统简单、精巧、可靠性和比能量高，制备成本较低，有独特的优越性，燃料来源丰富、价格低廉、存储方便等特点。RFC系统的物质与能量相互转换的特点，使其成为太空探测器、军事领域和野外作业重要电源。RFC的关键材料之一是氧电极催化剂，其活性直接影响电池的性能。双效氧电极的性能和寿命直接决定系统的能量利用率和循环寿命。贵金属铂是目前最好的氧还原催化剂，但催化氧析出反应的活性却较差，从而降低了催化剂利用率。目前，采用Ru或Ir等过渡金属及其氧化物对于氧析出反应催化活性很高，但对氧还原反应的催化活性却很低。使用Pt黑和其他贵金属(如Ru、Ir、Rh等)的合金催化剂或Pt黑与这些贵金属的氧化物的混合催化剂可以达到较高的双效氧电极的催化活性。混合催化剂可以为两者的机械混合，也可以是将IrO₂沉积到Pt黑上，文献T.Ioroi，N.Kitazawa，K.Yasuda，Y.Yamamoto，H.Takenaka，IrO₂ deposited Pt electrocatalysts for unitizedregenerative polymer electrolyte fuel cells，J.Appl.Electrochem.31(2001)1179-1183报道，前驱液Ir(OH)₃(H₂O)₃化学沉积在Pt黑上，化学沉积制备出催化剂IrO₂/Pt催化性能比机械混合制备出IrO₂/Pt性能有所提高。但化学沉积法引入了NaOH，磁力搅拌并通N₂保护，沉积物反复洗涤，过程繁琐，工序复杂。

发明内容

本发明提出将一定量的H₂IrCl₆和H₂PtCl₆混合溶于一种有机溶剂，通过调节H₂IrCl₆、H₂PtCl₆比例配置出溶液，滴在导电基体上，通过热分解方法，制备出IrO₂/Pt高效催化剂，不仅大幅度提高催化剂的析氧性能，而且制备过程操作简便，易控制。

本发明的制备过程包括以下步骤：

1、将乙醇和异丙醇按体积比为1∶2～2∶1混合配制成有机溶剂，然后按照每毫升该有机溶剂加入1.0～2.0毫克H₂IrCl₆和0.3～0.9毫克H₂PtCl₆，将混合溶液超声波分散10～30分钟，形成混合均匀的溶液；

2、按每平方厘米基体面积移取步骤1中20～100μL溶液，滴到导电基体表面上，如钛板表面，待有机溶剂蒸发完后，将制得的电解过程中所用导电基体进行干燥；

3、将经过步骤2的导电基体放入管式炉中，在350～480℃温度下烧结5～25分钟，使H₂IrCl₆、H₂PtCl₆热分解生成金属和金属氧化物涂层，取出空冷至室温，重复以上步骤直至需要的担载量1～10mg/cm²，最后置于管式炉中，在400～480℃温度下烧结0.5～1.5小时，获得涂层导电基体电极，制备出氧电极催化剂。

步骤2中所述干燥是将导电基体放入60～95℃真空干燥箱中，真空干燥5～15分钟。

本发明不是采用磁控溅射、化学还原方法制备出其它金属或金属氧化物与Pt形成的二元或三元或四元合金催化剂的方法，而是采用热分解法，合成出IrO₂/Pt催化剂，能大幅度提高催化剂的析氧催化活性，当100mA/cm²电流时，电解水析氧电位为1.30V(vs.SCE)。在纯水电解析氧电压为1.229V(对标准氢电位)与理论相比，非常接近，大大降低了过电位，利用该方法制备的氧电极催化剂对析氧显示出较好的活性。