[发明专利]一种Pt-IrO2

说明书

本发明属于电催化领域，具体涉及一种Pt‑IrO₂双效氧电催化剂及其制备方法和在一体化再生质子交换膜燃料电池中的应用。通过控制该电催化剂的组分、尺寸及形貌等，得到具有较好的氧还原/氧析出双效氧电催化剂，该Pt‑IrO₂电催化剂制备方法简单、环境友好、制备周期短，易于放大合成，可以应用在电催化领域。

技术领域

本发明涉及一种Pt-IrO₂双效氧电催化剂及其制备和在一体化再生质子交换膜燃料电池中的应用，属于电催化领域。

背景技术

日益增长的能源需求促使人们对储能和能量转换的电化学技术进行了深入的研究，如一体化再生质子交换膜燃料电池(UR-PEMFC)。UR-PEMFC结合了质子交换膜燃料电池(PEMFC)和质子交换膜水电解池(PEMEC)，具有较高的比能量(0.4-1.0kWh/kg)，由于消除自放电而具有长期储存能力，同时具有电力输出能力与储能能力等优点被广泛关注。尽管如此，UR-PEMFC仍需进一步改进和优化，以期在能源效率和耐久性方面达到燃料电池和电解槽的水平。目前，UR-PEMFC技术面临的主要挑战是：在放电和充电过程中，氧电极涉及复杂的四电子转移过程，其ORR和OER动力学缓慢，需要使用大量贵金属电催化剂(Pt、Ru、Ir及其氧化物相结合而成)以提高其性能，而贵金属价格昂贵阻碍了UR-PEMFC技术的商业化。因此，开发新型的具有高活性及耐久性的电催化剂迫在眉睫。

无载体的Pt黑电催化剂，由于其优异的ORR催化性能及在酸性条件下较好的稳定性受到了研究者的特别关注，但是在OER高的正电位下，Pt易变为氧化物而不适用于OER，性能最好的OER催化剂为RuO₂或IrO₂，因此，早期将商业Pt和IrO₂两种电催化剂进行物理混合应用于氧电极，两种活性组分分散较差，且IrO₂的导电性较差，会导致各个有效组分的利用率低、氧电极可逆性差以及催化剂载量高，不利于UR-PEMFC成本的降低。因此，研发一种新型的Pt-IrO₂双效氧催化剂具有重要意义。中国申请专利(申请号：CN201910559444.1)公开了一种采用静电纺丝法制备Pt-IrO₂纳米线电催化剂，但由于静电纺丝制备的效率较低，且纳米线直径尺寸较大，不利于电催化剂的成本降低。

发明内容

本发明提供一种Pt-IrO₂双效氧电催化剂及其制备和在一体化再生质子交换膜燃料电池中的应用，是一种纳米线网Pt-IrO₂双效氧电催化剂，纳米线网结构有利于提高Pt的利用效率，进而提高氧还原活性，同时，非晶态IrO₂均匀分散在Pt纳米线网表面，有利于Pt-IrO₂电催化剂氧析出活性位的暴露，该电催化剂的形貌为IrO₂非晶态薄层修饰的Pt纳米线网，且IrO₂分散均匀。

本发明的技术方案包括：

一种Pt-IrO₂双效氧电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)Pt纳米线网的制备：将Pt盐水溶液加入到含有表面活性剂的憎水性溶剂中，并在20-30℃、10-300rpm下搅拌0.5h以上，使含Pt离子的化合物完全转移到憎水性溶剂中；之后向憎水相中加水稀释，使体系中Pt盐的浓度保持为0.1-10mM，调整转速为500-2000rpm，快速加入还原剂水溶液，反应5min以上，得到黑色悬浊液；

所述Pt盐水溶液的浓度为0.1-500mM，优选范围为1-100mM；

所述表面活性剂浓度为0.1-500mM，优选范围为1-100mM；

所述Pt盐水溶液与含有表面活性剂的憎水性溶剂体积比为0.1-10；

所述还原剂水溶液的浓度为1-5000mM，优选范围为50-2000mM；