[发明专利]包含负载在氧化锡上的贵金属氧化物的电催化剂组合物

说明书

本发明涉及一种催化剂组合物，其包含至少部分被贵金属氧化物层涂覆的氧化锡颗粒，其中所述组合物‑包含总量为10‑38重量％的铱和钌，并且所有的铱和钌都被氧化，‑BET表面积为5‑95m²/g，和‑在25℃下的电导率为至少7S/cm。

本发明涉及一种催化剂组合物，其包含至少部分被贵金属氧化物层涂覆的氧化锡颗粒，并使用所述组合物作为电催化剂(例如在水电解槽或燃料电池中)。

氢是一种很有前途的清洁能源载体，其可通过各种技术产生。目前，氢主要通过天然气的蒸汽重整产生。然而，化石燃料的蒸汽重整得到的是低纯度的氢。

高质量的氢可通过水电解产生。如本领域技术人员所知，水电解槽(即实施水电解的装置)包含至少一个发生析氧反应(OER)的含阳极的半电池，和至少一个发生析氢反应(HER)的含阴极的半电池。如果两个或更多个电池连接在一起，则获得堆叠构造。因此，具有堆叠构造的水电解槽包含至少两个含阳极的半电池和/或至少两个含阴极的半电池。

已知有不同类型的水电解槽。

在碱性水电解槽中，将电极浸入液体碱性电解质(例如20-30％KOH水溶液)中。两个电极由隔膜隔开，隔膜使得产物气体彼此分开，但对氢氧根离子和水分子是可渗透的。以下反应方案显示了在碱性水电解槽的含阳极半电池中的阳极表面发生的析氧反应：

4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-

在聚合物电解质膜(PEM)水电解槽(也称为“质子交换膜”(PEM)水电解槽)中，使用固体聚合物电解质，其负责将质子从阳极传输到阴极，同时使电极彼此电绝缘，并且用于分离产物气体。以下反应方案显示了在PEM水电解槽的含阳极半电池的阳极表面发生的析氧反应：

2H₂O→4H⁺+O₂+4e^-

由于其复杂性，析氧反应具有缓慢的动力学，这就是为什么在阳极侧需要显著的过电位来以合理的速率产生氧气的原因。通常，PEM水电解槽在约1.5-2V的电压下操作(相对于RHE(“可逆氢电极”))。

由于pH非常酸性(PEM：pH小于2)并且必须施加高过电位，因此存在于PEM水电解槽阳极侧的材料需要非常耐腐蚀。

通常，水电解槽的阳极包含用于析氧反应的催化剂(OER电催化剂)。合适的OER电催化剂是本领域技术人员所已知的并且例如由M.Carmo等描述于“A comprehensivereview on PEM water electrolysis”，International Journal of Hydrogen Energy，第38卷，2013，第4901-4934页；和H.Dau等，“The Mechanism of Water Oxidation:FromElectrolysis via Homogeneous to Biological Catalysis”，ChemCatChem，2010，2，第724-761页中。

S.P.Jiang和Y.Cheng，Progress in Natural Science：MaterialsInternational，25(2015)，第545-553页提供了关于水电解中析氧反应的电催化剂的综述。

已知铱或钌或其氧化物是用于析氧反应的有效催化剂。由于铱和钌昂贵，因此希望即使少量的铱和/或钌也具有足够高的催化活性，并且这些金属在PEM水电解槽和燃料电池的高腐蚀性操作条件下在周围电解质中的溶解非常低。

本体催化剂具有有限的电化学活性表面积。为了提高催化活性表面积，通常已知的是在载体上施加催化剂。