[发明专利]一种Ir@SC纳米颗粒催化剂及其制备、应用

说明书

本发明公开了一种Ir@SC纳米颗粒催化剂。本发明公开了上述Ir@SC纳米颗粒催化剂的制备方法，包括如下步骤：将含硫有机配体和三水合氯化铱混合，加入溶剂，在惰性气体气氛围中，回流加热过夜后，冷却，离心，洗涤，干燥得到橙黄色粉末；将橙黄色粉末装在石英舟里并再置于管式炉中，通入惰性气体气流，升温，恒温煅烧得到Ir@SC纳米颗粒催化剂。本发明公开了上述Ir@SC纳米颗粒催化剂用于高电流密度、高稳定性电解海水制取氢气和活性氯消毒液。本发明公开了一种高电流密度、高稳定性电解海水制取氢气和活性氯消毒液的工作电极及其制作方法。本发明公开了一种利用太阳光发电电解海水制取氢气和活性氯的方法。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种Ir@SC纳米颗粒催化剂及其制备、应用。

背景技术

电解水制氢是实现全球能源结构向清洁化、低碳化转型的有效路径之一。目前电解水制氢技术主要使用碱性电解系统和质子交换膜电解系统，但这两种技术路线都依赖高纯淡水作为水源，对人们赖以生存的淡水资源产生巨大的压力。而地球上海水资源丰富，如利用太阳能、风能等可再生能源发电，直接将海水电解制氢，则既能减少淡水资源的压力也能缓解目前的能源与环境危机。然而，由于海水中的氯离子以及钙、镁等多种阳离子的存在，随着电解的进行，电极材料遭受严重的腐蚀作用，因此发展高效、抗腐蚀的电极材料用于电解海水制氢面临着巨大的挑战。

电解海水制氢的过程中，阳极的氧化作用可以将水氧化为氧气，也可以将海水中的氯离子氧化为具有氧化性的活性氯(氯气、次氯酸等)。如发展合适的催化剂使得阳极高选择性地氧化氯离子为活性氯，则溶有活性氯海水电解液即可作为消毒液应用于医疗卫生机构以及各类公共场所消毒等领域。此外，在海上工业以及军事上，含活性氯的消毒液可以用作海洋中藻类以及微生物的洗消剂，避免海上工业生产设备以及军用舰船表面附着的海洋生物对设备的伤害。而且，利用太阳能发电进行海水电解可实现分布式、现场生产消毒液，直接用于海上设备的保护，还能降低传统运输、贮藏消毒剂带来的风险。因此，利用电解水制氢的阳极氧化作用生产消毒液具有较高的是实际应用价值，然而阳极吸氧竞争反应需要研究者们发展高效选择性生产活性氯的催化材料。

基于降低催化材料的成本，发展一种高效电催化剂能同时实现电解海水制备氢气和消毒液对于海水资源的高效利用具有重要的意义，但也面临着重大挑战。此外，利用太阳能发电进行双功能电解海水制氢和消毒液实现工业应用并产生经济效益，还要求电解设备简易且催化材料能够在低电位下，高电流密度、高稳定性地双功能电解海水。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种Ir@SC纳米颗粒催化剂及其制备、应用。本发明所得Ir@SC纳米颗粒催化剂中，金属铱均匀地负载在硫掺杂修饰碳中，且金属铱被限域在至少两层硫掺杂修饰碳材料之间；所得Ir@SC纳米颗粒催化剂能够在低电位下，作为电催化剂高电流密度、高稳定性地进行双功能电解海水制备氢气和活性氯消毒液；同时本发明可利用太阳能发电，将太阳能电池板与该催化材料的两电极电解设备连接，初步实现分布式利用光能电解海水制备氢气和消毒液。

一种Ir@SC纳米颗粒催化剂的制备方法，包括如下步骤：

S1、将含硫有机配体和三水合氯化铱混合，加入溶剂，在惰性气体气氛围中，回流加热过夜后，冷却，离心，洗涤，干燥得到橙黄色粉末；

S2、将橙黄色粉末装在石英舟里并再置于管式炉中，通入惰性气体气流，升温至700-1000℃，恒温煅烧10-120min，得到Ir@SC纳米颗粒催化剂。

本发明利用简单的化学配位的方法使含硫有机配体和三水合氯化铱形成铱金属配合物，控制煅烧条件，制备尺寸均一、分散性好的Ir@SC纳米颗粒催化剂。

对所得Ir@SC纳米颗粒催化剂采用XRD、TEM等手段进行表征，结果显示：金属铱均匀地负载在硫掺杂修饰碳中，且金属铱被限域在至少两层硫掺杂修饰碳材料之间。