[发明专利]一种电解水催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种电解水催化剂，电解水催化剂包括基体，基体为Nb‑SnO₂，基体上负载Ir及Ru双金属，Ir/Ru的原子比为5/1～1/5。本发明的电解水催化剂对现有双金属Ir‑Ru担载工艺进行改进，改进后双金属Ir、Ru的贵金属的利用率更大，电化学面积也更大。

技术领域

本发明涉及属于电化学技术领域，尤其涉及一种电解水催化剂及其制备方法。

背景技术

氢被誉为二十一世纪最有潜力的能源载体，利用可再生能源，如太阳能、风能等，电解水制氢是一种较为有效地制氢技术。

原则上，PEM水电解装置的构造类似PBM燃料电池，但是它们以不同的方式操作，在PBM燃料电池操作过程中，在燃料电池的阴极上进行氧的还原，而在阳极上进行氢的氧化，总之，生成水并产生电流。

在PEM水解中，电流和电极是相反的，发生水的分解。在阳极上释放氧(简称OBR一氧释放反应)，而在阴极上发生质子的还原(简称HER一氢释放反应)，其中所述质子穿过聚合物电解质薄膜迁移。因此，借助电流水分解成氢气和氧气。

PEM水电解装置通常包含聚合物电解质薄膜(例如Dupont公司的Nafion@)，它夹在一对电极层之间和分别安装在所述电极层两侧的一对多孔集流器(或气体扩散层)之间。

在PEM水电解装置中，铂/碳催化剂用作阳极电催化剂(用于氢的氧化)和阴极电催化剂(用于氧的还原)，在PEM水电解装置中，在阳极侧不能使用碳基材料例如铂/碳催化剂和碳纤维基的气体扩散层，因为碳被水电解的过程中释放的氧腐蚀。

在所有的贵金属中，对于在阴极上氢的释放反应(HER)来说，铂是最有活性的催化剂，并可在中等负载量下应用，就氧的释放过程来说，铱和氧化铱的独特电催化性质是大家熟悉的，因此，对于在阳极侧氧释放反应(OER)来说，较高比例的金属铱是有利，但是，对于某些场合，可加入其它贵金属氧化物(优选钌或铂的氧化物)。

目前，采用胶体法、沉淀法、熔融法等方法所制备的IrO2或者Ir-Ru双金属催化剂普遍存在很粗的团聚颗粒物。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种电解水催化剂，该电解水催化剂基于贵金属氧化物特别是Ir-Ru双金属催化剂催化剂，它们适用于PEM水电解，有低的氧过压，有很低的贵金属载量，此外，所述的催化剂必需有长的寿命并应使PBM电解装置有高的耐用性。

为了达到上述目的，所要求的催化剂为复合的催化剂材料，它们包含氧化铱(Ir/IrO₂)和任选的氧化钌(RuO和/或Ru₂O₃)与高表面积的无机氧化物(例如TiO₂、A1₂O₃、ZrO₂、SnO₂及其混合物)。

所要求的材料在PBM电解装置中用作阳极催化剂，在水电解中有很低的氧过压(也就是对于氧释放有低的启动电势)，导致生产单位体积的氢有较低的比能耗，因此，在给定的电解池电压下有较高的氢生产速率。总之，它们可在比传统基于氧化铱的催化剂更低的电压下使水电解，所述传统的氧化铱基催化剂不含高表面积的无机氧化物。

本发明采用的技术方案是：

一种电解水催化剂，其中：所述电解水催化剂包括基体，所述基体为Nb-SnO₂，所述基体上负载Ir及Ru双金属，Ir/Ru的原子比为5/1～1/5。

一种电解水催化剂的制备方法，其中：所述制备方法包括以下步骤：

(1)物料的称取：按摩尔比5～1：1～5：1～10分别称取IrCl₃·水合物、RuCl₃水合物和NH₄F；