[发明专利]一种高效铱基电解水双功能催化剂及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高效铱基电解水双功能催化剂，其特征在于，所述双功能催化剂包含氮掺杂的碳材料和负载在氮掺杂的碳材料上的铱纳米颗粒，所述双功能催化剂中金属铱的质量百分比小于10%，所述双功能催化剂同时具备良好的析氢和析氧催化活性；

所述高效铱基电解水双功能催化剂按照如下方法制备：

（1）制备聚多巴胺修饰的碳材料分散液：在碳材料表面生长一层聚多巴胺薄膜，得到聚多巴胺修饰的碳材料分散液；

（2）制备高效铱基电解水双功能催化剂：向步骤（1）中聚多巴胺修饰的碳材料分散液中加入去离子水，超声分散后缓慢加入IrCl₃·3H₂O溶液，在常温下搅拌10分钟或以上后离心，用去离子水洗涤1～3次后进行冷冻干燥，再将冷冻干燥后的产物在氩气气氛下750℃处理1～3小时，即可得终产物即高效铱基电解水双功能催化剂。

2.根据权利要求1所述一种高效铱基电解水双功能催化剂，其特征在于，所述碳材料包含炭黑、活性炭、氧化碳纳米管或者氧化石墨烯中的任意一种。

3.权利要求1～2任一项所述一种高效铱基电解水双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）制备聚多巴胺修饰的碳材料分散液：在碳材料表面生长一层聚多巴胺薄膜，得到聚多巴胺修饰的碳材料分散液；

（2）制备高效铱基电解水双功能催化剂：向步骤（1）中聚多巴胺修饰的碳材料分散液中加入去离子水，超声分散后缓慢加入IrCl₃·3H₂O溶液，在常温下搅拌10分钟或以上后离心，用去离子水洗涤1～3次后进行冷冻干燥，再将冷冻干燥后的产物在氩气气氛下750℃处理1～3小时，即可得终产物即高效铱基电解水双功能催化剂。

4.根据权利要求3所述一种高效铱基电解水双功能催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述在碳材料表面生长一层聚多巴胺薄膜的具体操作为：将碳材料分散于pH为6～10的溶液中，超声使之形成均匀分散溶液，再加入多巴胺，室温搅拌15～24 h后进行离心，去离子水洗涤1～3次后即可得到聚多巴胺修饰的碳材料分散液。

5.根据权利要求4所述一种高效铱基电解水双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述碳材料在pH为6～10的溶液中的浓度为0.1～5 mg/mL，所述多巴胺在pH为6～10的溶液中的浓度为0.1～10mg/mL。

6.根据权利要求5所述一种高效铱基电解水双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述pH为6～10的溶液为Tris缓冲液、PBS缓冲液或者乙醇水溶液。

7.根据权利要求3所述一种高效铱基电解水双功能催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述聚多巴胺修饰的碳材料的浓度为0.1～10mg/mL，所述IrCl₃·3H₂O的浓度为0.02～5mg/mL。

8.根据权利要求3所述一种高效铱基电解水双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述离心的时间为1～30min，所述离心的转速为1000～17000rmp。

9.根据权利要求3所述一种高效铱基电解水双功能催化剂的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥在冷冻真空干燥仪中进行，所述冷冻干燥的温度为-80～-5℃，所述冷冻干燥的时间为1～12h，所述冷冻干燥的气压为0.01～0.9MPa。

10.权利要求1～2任一项所述一种高效铱基电解水双功能催化剂在催化水电解制备氢气和/或氧气方面的应用。