[发明专利]兼具高活性及稳定性的负载型Ir/TiN析氧催化剂及其制备方法

说明书

本发明的目的是提供一种以金属氮化物为载体的兼具高活性及稳定性的负载型Ir/TiN析氧催化剂及其制备方法，涉及电化学领域。本发明提供的兼具高活性及稳定性的负载型Ir/TiN析氧催化剂是通过向金属Ir中加入一种具有高电导率且良好稳定性的载体材料TiN以制备得到的负载型Ir/TiN析氧催化剂。本发明通过一种乙二醇回流还原的合成路线，方法简单可控，可大规模批量生产，能够得到兼具优异催化反应活性与稳定性的析氧催化剂，并具有较高的质量比活性，以TiN为载体材料，从而可直接降低催化剂整体成本。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种兼具高活性及稳定性的负载型Ir/TiN析氧催化剂及其制备方法。

背景技术

相比于碱性水电解技术中存在的较低的电流密度、功率密度、能量效率和气体纯度等缺点，固体聚合物电解质水电解(SPEWE)具有更高的安全可靠性、电流密度、能量效率和比产能，并且SPE水电解池制备的氢气纯度可高达99.99％。这些优势使得SPEWE成为近年来制氢技术的研究热点。

然而，阳极一侧氧析出反应较慢的动力学速度、较高的过电势以及贵金属催化剂如IrO₂和RuO₂居高不下的用量已严重制约着SPEWE技术的大规模商业化应用。所以减小催化剂的动力学过电势以及降低催化剂的用量是亟需解决的重大问题。基于此，引入适合的载体材料是一种直接有效的方法来解决以上提到的诸多问题。它主要有如下几方面优势：1.载体材料可有效提高贵金属粒子的分散并通过锚定作用抑制粒子的聚集；2.形成的金属-载体间相互作用可调节贵金属元素的电子结构，进而影响催化活性；3.引入载体材料有利于提高催化剂的质量比活性，并且载体材料的价格一般相对较低，可直接降低催化剂的整体成本。因此，较多的载体材料已被报道用于酸性氧析出反应中并得到了较好的结果。如金属氧化物，Ir/Ti₄O₇(L.Wang,K.A.Friedrich,et al.Phys.Chem.Chem.Phys.2016,18,4487-4495)，该催化剂表现出良好的析氧性能；IrO₂/Nb_0.05Ti_0.95O₂(W.Hu,S.Chen,etal.Int.J.Hydrogen Energy 2014,39,6967-6976)，其在1.6V_RHE处的质量比活性相比于非负载型IrO₂提高了2.4倍；Ir/ATO(H-S.Oh,P.Strasser,et al.Chem.Sci.2015,6,3321-3328)，在过电势280mV处的质量比活性高达70Ag_Ir^-1。另外，一些金属碳化物如TiC，TaC和SiC-Si也成功运用于水电解中。然而，到目前为止，金属氮化物在酸性水电解中的应用还非常有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种以金属氮化物为载体的兼具高活性及稳定性的负载型Ir/TiN析氧催化剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种兼具高活性及稳定性的负载型Ir/TiN析氧催化剂，该负载型Ir/TiN析氧催化剂是通过向金属Ir中加入TiN载体，经过乙二醇回流还原反应得到的。

一种兼具高活性及稳定性的负载型Ir/TiN析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

a)将TiN粉末与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)超声分散到乙二醇溶液中，得到第一产物；

b)向第一产物中加入氯铱酸，搅拌，得到第二产物；

c)将第二产物在油浴中进行回流反应，得到第三产物；

d)将第三产物进行洗涤，离心，干燥，得到负载型Ir/TiN析氧催化剂。

在上述技术方案中，步骤a)中超声分散的时间为1h。