[发明专利]IrRu基多元合金氧析出催化剂及其制备方法

说明书

本申请公开一种IrRu基多元合金氧析出催化剂及其制备方法，所述制备方法包括：将含铱化合物、含钌化合物、含X金属化合物溶解在去离子水中，形成前驱体混合溶液；配制含有强碱试剂的碱性牺牲载体溶液；将所述前驱体混合溶液加入所述碱性牺牲载体溶液中，反应后形成IrRuX氢氧化物，担载于所述牺牲载体上；将所述IrRuX氢氧化物在还原气氛下进行热处理，形成担载于牺牲载体上的IrRuX合金催化剂。所述IrRuX合金催化剂具有高稳定性和高催化活性。

技术领域

本申请涉及固体电解质水电解技术领域，具体涉及一种高活性高稳定性IrRu基多元合金氧析出催化剂及其制备方法。

背景技术

随着地球上资源、环境、能源问题日益突出，发展可再生、环境友好的能源正成为国际研究与开发的热点和重点。氢能具有高效、环保、资源丰富等特点，应用广泛。氢能的发展离不开氢的获取、储存、运输和利用，其中氢气的获取是氢能经济和技术发展的源头。电解水制氢被认为是储存可再生和可持续能源的最有前景的技术。酸性质子交换膜(PEM)电解技术相比于碱性水电解技术电流密度更大、氢气纯度更高、装配紧凑、欧姆损耗低、电压负载范围宽等特点，这些特点使得酸性电解槽中反应速率比碱性电解槽快三个以上数量级，非常适合用于与可再生能源(太阳能、风能、水电)发电耦合的水电解制氢。

PEM中阳极析氧反应被认为是电解池过电势的主要来源，并且大量的实验工作与理论研究表明，在强酸性条件下具有较好的析氧催化活性的催化剂主要集中在IrO₂、RuO₂等贵金属氧化物上。其中，RuO₂被认为是析氧活性最高的金属氧化物，但在酸性体系电催化环境下容易溶解，稳定性差；IrO₂析氧活性虽仅次于RuO₂且稳定性好，但相同电流密度下其过电位要高150～250mV，并且价格是RuO₂的5～7倍，因此二元复合金属氧化物Ru_xIr_1-xO₂既可以降低过电位又可以降低催化剂成本。

专利CN111420658A采用水热法制备了一种IrRu合金氧析出催化剂。专利CN201110419158A以氧化硅分子筛为模板，将Ru和Ir贵金属浸渍还原于模板的壳体孔道内得到SPE水电解阳极催化剂。Mazhari Abbasi等研究发现金红石型IrO₂-RuO₂固溶体的形成可以同时提高IrO₂基电催化活性和RuO₂基的稳定性。Kim等人研究发现通过电化学氧化方法制备的IrO_x和RuO_x催化剂的活性要高于通过热处理方法制备的IrO₂和RuO₂催化剂。

然而，固体电解质水电解制氢阳极环境具有极强的氧化性，即使是金属单质也会在阳极环境下转化为金属氧化物。并且在酸性中合金中的钌依然会溶出，导致现有的各类铱钌基或合金催化剂仍存在钌溶出致黑色、稳定性差等缺陷，因此迫切需要开发一种能够抑制钌溶出或提升钌稳定性的方法，以此获得具有高活性长耐久性的铱钌基合金催化剂。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种IrRu基多元合金氧析出催化剂及其制备方法，以解决现有的IrRu基催化剂稳定性差的问题。

本申请提供的一种IrRu基多元合金氧析出催化剂的制备方法，包括：将含铱化合物、含钌化合物、含X金属化合物溶解在去离子水中，形成前驱体混合溶液；配制含有强碱试剂的碱性牺牲载体溶液；将所述前驱体混合溶液加入所述碱性牺牲载体溶液中，反应后形成IrRuX氢氧化物，担载于所述牺牲载体上；将所述IrRuX氢氧化物在还原气氛下进行热处理，形成担载于牺牲载体上的IrRuX合金催化剂，所述X金属能够在Ru脱氧后及时补充氧原子。

可选的，所述X金属包括M金属或N金属中的至少一种，其中，M金属为W或Mo，N金属为La、Ce、Er、Sc、Y中的任意一种。