[发明专利]析氧催化剂及其制备方法

说明书

一种析氧催化剂及其制备方法，属于电解水制氢技术领域。该制备方法包括：将钌铱催化剂分散于饱和或过饱和的碳水化合物的水溶液中，获得悬浮液；将悬浮液预冻后冻干，获得中间产物，中间产物为表面包覆有碳水化合物层的钌铱催化剂；将中间产物在含氧气氛中烧结并去除碳水化合物层，获得析氧催化剂；其中，钌铱催化剂为钌铱合金粉料或氢氧化铱钌粉料。采用上述制备方法，可获得颗粒小且催化活性高的析氧催化剂。

技术领域

本申请涉及电解水制氢技术领域，具体而言，涉及一种析氧催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能源是当前最具应用前景的高效清洁新能源技术。电解水的技术中，尤其是在与高效质子交换膜匹配的酸性条件下进行电解水工艺，相比于传统的甲烷水蒸气重整制氢工艺，具有工艺简单、产物纯度高、无碳排放等显著优势，有望成为下一代清洁制氢方法。其中，电解水涉及析氢和析氧两个半反应，其中具有缓慢动力学过程的析氧反应极大制约了电解水的效率，因此迫切需要开发出相应的高效析氧催化剂。

IrO₂作为水电解催化剂，在酸性电解液中具有很好的稳定性，RuO₂具有优异的OER活性，但是RuO₂极易在酸性电解质中被腐蚀。因此通常将IrO₂和RuO₂制备成IrRuOx复合物，用作水电解阳极催化剂，以获得较好的活性和稳定性。

常规的IrRuOx复合物的制备方法包括：将Ru和Ir的前驱体共沉淀，形成钌铱催化剂后，将钌铱催化剂进行高温氧化，以获得IrRuOx氧化物，但该制备方式获得的IrRuOx氧化物粒径较大，催化活性较低。

发明内容

本申请提供了一种析氧催化剂及其制备方法，其能够改善现有制备方式获得的析氧催化剂的粒径较大，催化活性较低的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

在第一方面，本申请示例提供了一种析氧催化剂的制备方法，其包括：

将钌铱催化剂分散于饱和或过饱和的碳水化合物的水溶液中，获得悬浮液；将悬浮液预冻后冻干，获得中间产物，中间产物为表面包覆有碳水化合物层的钌铱催化剂；将中间产物在含氧气氛中烧结并去除碳水化合物层，获得析氧催化剂；其中，钌铱催化剂为钌铱合金粉料或氢氧化铱钌粉料。

在上述设置中，通过在含氧气氛中烧结以高温氧化钌铱催化剂，获得钌铱复合氧化物作为析氧催化剂，可用在酸性电解液中进行电解水工艺。其中，将钌铱催化剂分散于饱和或过饱和的碳水化合物的水溶液中的设置方式，有利于在后续冻干后，钌铱催化剂的表面形成一层包覆其的碳水化合物层，从而在后续烧结氧化的过程中，相比于未进行包覆保护而直接烧结的方式，可优先碳化钌铱催化剂表面的碳水化合物层，从而可有效阻止烧结氧化过程中钌铱催化剂团聚，获得颗粒更小的析氧催化剂，从而提高催化活性。采用预冻后冻干的方式，可使钌铱催化剂表面附着的碳水化合物的浓度不会在干燥过程中迁移，不仅有利于钌铱催化剂保持分散状态被冻干，避免烧结前钌铱催化剂分布不均，导致烧结过程中钌铱催化剂团聚，还有利于使钌铱催化剂表面的碳水化合物层厚度均匀，避免在后续烧结氧化时，因厚度不均导致的钌铱催化剂团聚。

综上，采用上述制备方法，有利于获得颗粒更小的析氧催化剂，可提高催化活性。

在第二方面，本申请示例提供了一种析氧催化剂，其由本申请第一方面提供的制备方法制得。

通过上述制备方法制得的在钌铱催化剂，在钌铱催化剂的粒径相同的前提下，相比于现有的直接高温氧化的方式，可合成出粒径更小、催化活性更高的析氧催化剂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。