CN114855208A - 高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法，通过超声雾化热解得到氧化铱与添加剂所含金属的氧化物的混合物，然后酸处理、洗涤干燥后得到具有高结晶水含量的纳米氧化铱催化剂。该制备方法所得催化剂活性高，稳定性好，且制备工艺具有流程短、可连续生产，易于规模化等特点。

Description

高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法
技术领域
本申请涉及催化剂技术领域，具体涉及一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法。
背景技术
氢气是一种能源载体，它既可以用作燃料，也可以用作大规模储存能量。然而，只有当使用太阳能或风等可再生能源发电从丰富的可持续分子(如水)中获取氢气时，氢气才是真正意义上的可持续清洁能源。在水电解技术中，质子交换膜水电解(PEMWE)有望发挥关键作用，尤其是与间歇转换系统的耦合方面PEMWE有着无可比拟的优势。然而该技术的局限性之一是阳极析氧反应(OER)所需的高电位，以及由此带来的高能耗影响了能量转换效率，从而影响了氢气的成本。
迄今为止，兼具高活性和稳定性的OER催化剂是铱基催化剂，而氧化铱因具有更高的质量电流密度比而被广泛应用。为了进一步提高铱基催化剂的性能，人们进行了大量的探索。如经常提出非贵金属与铱基材料形成混合氧化物或钙钛矿型催化剂，这些催化剂与纯氧化铱相比具有更高的电化学活性，然而他们通常容易因非贵金属浸出而出现氧化铱微观排列结构不稳定，因而导致催化剂稳定性下降的问题。
如何进一步提高铱基催化剂的活性和稳定性，是目前亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，以提高铱基催化剂性能。
本申请提供的一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂的制备方法，包括：向竖式石英管中通入载气，并保持气流恒定；将石英管中部加热至指定温度；配制一定浓度的铱的前驱体和添加剂的混合溶液；将所述混合溶液导入到连接在所述石英管一端的超声雾化器中，对所述混合溶液进行雾化，并通过所述超声雾化器向所述石英管中进样，雾化后的微液滴在所述载气的带动下通过所述石英管，在所述石英管中进行热解；收集热解后产物。
可选的，所述指定温度的范围为400℃～1200℃。
可选的，所述载气为清洁空气或氧氮气混合气；和/或，将所述载气从所述石英管的上端通入；和/或，所述载气流量范围为800mL/min～1600mL/min；和/或，所述超声雾化器向石英管中进样的速率为0.2mL/min～0.5mL/min。
可选的，所述铱的前驱体包括乙酰丙酮铱、氯化铱以及氯铱酸中的一种或几种；所述混合溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇以及异丙醇中的一种或几种，且溶剂中过氧化氢的体积分数为5％～20％，所述混合溶液中铱的前驱体的浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。
可选的，所述添加剂包括碱金属、碱土金属以及铁、钴、镍、铜、锌中的一种或几种金属的硝酸盐；和/或，所述添加剂与所述铱的前驱体的分子摩尔比为1:(1～10)。
可选的，收集热解后产物的方法包括：将石英管另一端排出的热解产物和载气通入洗涤溶液中，热解后的产物被收集，而经过洗涤后的未反应气体作为尾气排出；将收集的产物中的固体分离出来后酸洗、洗涤并干燥。
可选的，所述洗涤溶液包括水或乙醇水溶液中的至少一种；和或，通过收集装置收集所述热解后产物；所述收集装置内盛有所述洗涤溶液，一端连通所述石英管的排气端，另一端连通至外部环境；和/或，所述酸洗包括：将分离出的固体投入0.1M～3M的硫酸、硝酸或盐酸中的任意一种酸的水溶液中，并在室温下搅拌2h～20h。
本申请还提供一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，采用上述任一项所述的制备方法所制备而成。
本申请还提供一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，所述纳米氧化铱电催化剂内部具有金红石相结构，表面具有结晶水结构。
可选的，所述纳米氧化铱电催化剂具有3％～10％的结晶水含量。
本发明的有益效果为提供了一种小尺寸、粒径均匀的高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂及其制备方法。该催化剂催化活性高，制备过程简单易行，且可连续化生产，较湿化学法更环保高效，适合工业批量化制备。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。
图1是本发明实施例1制备的催化剂的X射线衍射谱图；
图2是本发明实施例1制备的催化剂的电化学测试性能图；
图3是本发明实施例1制备的催化剂的透射电子显微镜(TEM)图；
图4是本发明实施例1制备的催化剂的热重量分析图。
具体实施方式
长期以来，通过实验观察到呈现无定形或结晶度低(伪无定形)特性(电化学合成或在低温下获得)的氧化铱材料比它们的结晶对应物(在更高的温度下煅烧后获得，为金红石相)更活跃，但通常以牺牲其稳定性为代价。发明人发现，催化剂中含水基团会引起催化剂的水分解的反应物中间体的吸附能变化，最终引起催化剂的性能的改变。进一步研究发现，无定型结构的氧化铱含有较多的结晶水。因此开发同时具有金红石相的稳定性与含有结晶水的活性的氧化铱可能是解决活性和稳定性的关键。
为了解决上述问题，本发明在用超声热解法制备纳米氧化铱过程中，以碱金属或碱土金属或铁、钴、镍、铜、锌的硝酸盐的为添加剂，这些添加剂特点为其氧化物都为碱性氧化物，可以在热解时与氧化铱前驱体同时形成碱性氧化物的混合物。而在酸洗时，碱性氧化物与酸反应迅速分解，而热解过程中形成的具有金红石相的氧化铱因具有抗腐蚀性而不受影响。混合氧化物中形成有大量的氧化铱与添加剂所含金属的氧化物的界面，界面中形成Ir-O-Madd化学键(Madd表示添加剂所含金属)，在Ir-O-Madd中O-Madd因酸的作用断裂后，得到的氧化铱表面的Ir-O-悬键会与酸中的氢离子结合，形成Ir-OH，即形成了结晶水，从而形成内部具有金红石相结构而表面具有结晶水结构的高结晶水含量的氧化铱固体。
本发明利用超声喷雾热解法，制备了一种小尺寸、粒径均匀的高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，该催化剂催化稳定性好，催化活性高。同时，独特的制备方法使其具有生产流程短，可连续化生产，较湿化学法更环保高效，适合批量化制备等特点。
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
请参考图1，为本发明一实施例的高结晶水含量纳米氧化铱电催化剂的制备方法的流程示意图。
所述制备方法包括如下步骤：
步骤S101：向竖式石英管中通入载气，并保持气流恒定。
步骤S102：将石英管中部加热至指定温度。
步骤S103：配制一定浓度的铱的前驱体和添加剂的混合溶液。
步骤S104：将所述混合溶液导入到连接在所述石英管一端的超声雾化器中，对所述混合溶液进行雾化，并通过所述超声雾化器向所述石英管中进样，雾化后的微液滴在所述载气的带动下通过所述石英管，在所述石英管中进行热解。
步骤S105：收集热解后产物。
上述方法可制备得到的具有高的结晶水含量氧化铱纳米催化剂。
在一些实施例中，步骤S101中的载气从石英管的上端通入，从上端通入的载气以及石英管的竖式放置可以使雾化后的液滴热解后的产物尽可能在重力和载气推力的双重作用下进入收集装置，减少热解产物由于重力落到石英管壁上，进而提高产品收率。
进一步地，载气为清洁空气，还可以是氧氮气混合气，其中氧气的体积分数为10％。为了控制反应效率，所述载气的流量可控制在800mL/min～1600mL/min的范围内。
在一些实施例中，步骤S102中，将石英管中部加热至指定温度的温度范围为400℃～1200℃。温度越高，后续通入的铱的前驱体发生热解氧化反应越快，反应越充分，且热解过程中粒子布朗运动越剧烈，相互碰撞团聚烧结的概率越大，即所得到的纳米氧化铱的粒径越大。步骤S101和步骤S102的顺序可以根据实际情况进行调整，先通入载气，再加热；或先加热，再通入载体；或者两个步骤同步进行。
在一些实施例中，步骤S103中，铱的前驱体和添加剂的混合溶液中，铱的前驱体包括乙酰丙酮铱、三氯化铱、氯铱酸、四氯化铱中的至少一种；溶剂包括水、甲醇、乙醇或异丙醇的一种或几种的混合液，且溶剂中还添加有过氧化氢，优选的，过氧化氢的体积分数为5％～20％；溶液中铱的前驱体的浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。加入过氧化氢有助于铱的前驱体和添加剂的氧化，以及含有氯元素的铱的前驱体的除氯。
在一些实施例中，步骤S103中，采用的添加剂包括碱金属、碱土金属、以及铁、钴、镍、铜、锌中的一种或几种金属的硝酸盐，且添加剂与铱的前驱体的分子摩尔比为1:1～10。添加剂的作用为在热解时与铱的前驱体一同热解，且硝酸根离子在300℃下分解会放出氧气等氧化性气体，促进生成铱的氧化物和添加剂所含金属的氧化物的混合物。生成的氧化物的混合物在后续对热解产物进行酸洗的过程中，添加剂中所含金属的氧化物会与酸发生反应生成水和相应的盐，而氧化铱因具有抗腐蚀性而保持原状。混合氧化物中形成有大量的氧化铱与添加剂所含金属的氧化物的界面，界面中形成Ir-O-Madd化学键(Madd表示添加剂所含金属)，在Ir-O-Madd中O-Madd因酸的作用断裂后，得到的氧化铱表面的Ir-O-悬键会与酸中的氢离子结合，形成Ir-OH，即形成了结晶水，从而形成内部具有金红石相结构而表面具有结晶水结构的高结晶水含量的氧化铱固体。
在一些实施例中，在步骤S104中，超声雾化器的进样速率为0.2～0.5mL/min。超声雾化进样器的速率越大，催化剂浓度越高，石英管中单位体积内存在的铱的前驱体越多，热解过程中热解产物之间相互碰撞的概率就越大，得到的纳米催化剂产物的颗粒粒径就越大。
在一些实施例中，在步骤S104中，雾化器出雾口与载气进气口在石英管的同一端。雾滴可以在载气的带动下通过石英管的加热区。
载气中的氧气可以氧化溶剂挥发后雾滴中的铱的前驱体和添加剂，且过氧化氢的存在可以加强氧化效果，得到铱的氧化物以及添加剂中金属的氧化物的混合物。而由于热解温度的不同，氧化可能不够完全，和(或)在水蒸气以及过氧化氢的作用下可能生成一部分含有结晶水的铱氧化物和添加剂中金属的氢氧化物的混合物。
在一些实施例中，步骤S105中，收集热解后产物的方法包括：将石英管另一端排出的热解产物和载气通入洗涤溶液中，热解后的产物被收集，而经过洗涤后的未反应气体作为尾气排出；将收集的产物中的固体分离出来后酸洗、洗涤并干燥。
在一些实施例中，所述洗涤溶液包括水或乙醇水溶液中的至少一种。优选的，所述乙醇水溶液中乙醇体积分数为10％。水或乙醇水溶液可以润湿并收集催化剂，且此收集装置具有洗气功能，减少污染物排放。
在一些实施例中，通过收集装置收集所述热解后产物；所述收集装置内盛有所述洗涤溶液，一端连通所述石英管的排气端，另一端连通至外部环境。
在一些实施例中，所述固体的分离方法为离心分离或超滤膜过滤分离。由于热解得到的催化剂的粒径较小，无法通过普通过滤得到。
在一些实施例中，所述酸洗是指将分离出的固体投入0.1M～3M的硫酸、硝酸或盐酸中的一种酸的水溶液，并在室温下搅拌2h～20h。这样可以充分地使添加剂所含金属的氧化物与酸反应，从而溶解除去添加剂杂质，暴露出氧化铱与添加剂所含金属的氧化物界面，从而在界面处形成氢氧根，提高结晶水含量。
在一些实施例中，酸洗后的干燥温度在60℃以下。干燥温度过高会导致纳米颗粒烧结或团聚，进而导致催化剂活性位点减少而使活性降低。
本发明还提供一种由上述方法制备得到的具有高的结晶水含量氧化铱纳米催化剂。其中，催化剂中氧化铱主要为金红石相结构，且该催化剂还含有一定的结晶水，由热重分析曲线可知，催化剂在100℃至400℃主要为结晶水逃逸失重，说明由上述方法制备出了具有高结晶水含量的催化剂。
铱的前驱体与添加剂的混合溶液超声雾化成小液滴的技术原理是通过雾化片的高频谐振将液体转变为微液滴。具体过程为铱的前驱体与添加剂的混合溶液从导液管流至超声雾化片表面上时，在超声振动作用下铺展成液膜，当雾化片振动面的振幅达到一定值时，薄液层在超声振动的作用下被击碎，激起的液滴即从振动面上飞出形成雾滴。
而雾滴进入竖式石英炉后，雾滴中的溶剂会迅速挥发，且铱的前驱体以及添加剂也在高温的作用下发生一系列反应：载气中的氧气可以氧化溶剂挥发后雾滴中的铱的前驱体和添加剂，且过氧化氢的存在可以加强氧化效果，得到铱的氧化物以及添加剂中金属的氧化物的混合物。而由于热解温度的不同，氧化可能不够完全，和/或在水蒸气以及过氧化氢的作用下可能生成一部分含有结晶水的铱氧化物和添加剂中金属的氢氧化物的混合物。通过控制雾滴中铱的前驱体溶液的浓度，以及控制超声雾化装置的进样速度可以分别控制单个液滴中铱的前驱体和添加剂的量和控制单个雾滴热解后生成的氧化铱其他颗粒碰撞烧结的程度，从而控制热解后生成的氧化铱的颗粒大小。热解产物随后被气流带入收集装置的液体中。而热解产物经过酸洗可以充分地使添加剂所含金属的氧化物与酸反应，从而溶解除去添加剂杂质，暴露出氧化铱与添加剂所含金属的氧化物的接触界面，进而在接触界面处形成羟基覆盖，进而形成含有结晶水的氧化铱。最后经过纯水洗涤后低温干燥，防止纳米颗粒在干燥过程中团聚烧结，得到催化剂粉末。
本发明中的催化剂的水电解氧析出反应活性可以通过如下方式测试得到：
称取采用上述方法制得的催化剂10mg，分散于2.8mL纯水乙醇混合液中，添加0.2mL 5wt％的Nafion溶液，配制成总体积为3mL的悬浮液，其中乙醇0.3mL，乙醇的体积分数为10％，在超声分散装置中放置30min。取3uL涂覆于玻碳工作电极上，以AgCl电极为参比电极，以碳棒为对电极，组成经典三电极体系，在0.1M HClO4溶液中，在氧气气氛下对超小粒径铱黑催化剂进行伏安线性扫描，即可知催化剂的电化学性能，过电位η＝E实测电位-1.23V。
以下，进一步通过几个具体的实施例，进一步阐述本发明的具体制备方法。
实施例1
(1)向竖式石英管中通入洁净空气(上端通入)，保持气流恒定在1200mL/min，将石英管中部升温至1000℃。
(2)配制含有0.1mol/L的乙酰丙酮铱的以及0.05mol/L硝酸镍的乙醇水溶液(其中含有体积分数为10％的乙醇，以及体积分数为10％过氧化氢)50mL，将溶液导入到连接在石英管上的超声雾化器中，使雾化后的微液滴以1mL/min在载气的带动下向石英管中部运动。
(3)经过1000℃热解后，含有热解产物的载气通过收集装置，直至雾化器中溶液耗尽。
(4)将收集装置中的固液混合物用超滤膜过滤，过滤后的固体投入0.1M的硝酸溶液中搅拌2小时后过滤，然后分别用蒸馏水洗涤3次。
(5)将洗涤后的固体0℃真空燥后，得到催化剂粉末1.20g。催化剂结晶水含量为7％。
请参考图1，是本发明实施例1制备的催化剂的X射线衍射谱图。
可以看出该催化剂为金红石晶型。
请参考图2，是本发明实施例1制备的催化剂的电化学测试性能图。可以看出该催化剂的在10mA/cm2下的氧析出过电位为325mV。
图3是本发明实施例1制备的催化剂的透射电子显微镜(TEM)图，可以看出本体(左图)为结晶相，而有图为左图的边缘局部放大图，边缘为无定型结构。无定型结构的氧化铱能够进一步提高催化性活性。
图4是本发明实施例1制备的催化剂的热重量分析图，根据质量变化，可以分析得到该实施例制备的催化剂中含有高达7％的结晶水。由于100℃之前的质量中可能存在吸附水分的重量，因此IrO2的结晶水只取热重分析的100℃和400℃之间的部分的失重，略小于整体的质量变化。
实施例2
(1)向竖式石英管中通入洁净空气(上端通入)，保持气流恒定在800mL/min，将石英管中部升温至400℃。
(2)配制含有0.01mol/L氯铱酸及0.01mol/L硝酸铁的水溶液(其中含有体积分数为5％的过氧化氢)50mL，将溶液导入到连接在石英管上的超声雾化器中，使雾化后的微液滴以0.2mL/min的速率在载气的带动下向石英管中部运动。
(3)经过400℃热解后，含有热解产物的载气通过收集装置，直至雾化器中溶液耗尽。
(4)将收集装置中的固液混合物离心分离出固体，然后将固体投入3M的硝酸溶液中搅拌20小时后过滤，然后分别用蒸馏水洗涤3次。
(5)将洗涤后的固体60℃真空冷冻干燥后，得到催化剂粉末1.15g。催化剂中结晶水含量为9％。
实施例3
(1)向竖式石英管上端中通入氮氧混合气(10％氧气)，保持气流恒定在1600mL/min，将石英管中部升温至1200℃。
(2)配制含有0.5mol/L的氯化铱及0.05mol/L硝酸钠的水溶液(其中含有20％的过氧化氢)50mL，将溶液导入到连接在石英管上的超声雾化器中，使雾化后的微液滴以0.5mL/min的速率在载气的带动下向石英管中部运动。
(3)经过1200℃热解后，含有热解产物的载气通过收集装置，直至雾化器中溶液耗尽。
(4)将收集装置中的固液混合物用超滤膜过滤，然后分别用蒸馏水水洗涤3次。
(5)将洗涤后的固体-50℃真空冷冻干燥后，得到催化剂粉末1.12g。催化剂中结晶水含量为3％。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
向竖式石英管中通入载气，并保持气流恒定；
将石英管中部加热至指定温度；
配制一定浓度的铱的前驱体和添加剂的混合溶液；
将所述混合溶液导入到连接在所述石英管一端的超声雾化器中，对所述混合溶液进行雾化，并通过所述超声雾化器向所述石英管中进样，雾化后的微液滴在所述载气的带动下通过所述石英管，在所述石英管中进行热解；
收集热解后产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述指定温度的范围为400℃～1200℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述载气为清洁空气或氧氮气混合气；和/或，将所述载气从所述石英管的上端通入；和/或，所述载气流量范围为800mL/min～1600mL/min；和/或，所述超声雾化器向石英管中进样的速率为0.2mL/min～0.5mL/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铱的前驱体包括乙酰丙酮铱、氯化铱以及氯铱酸中的一种或几种；所述混合溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇以及异丙醇中的一种或几种，且溶剂中过氧化氢的体积分数为5％～20％，所述混合溶液中铱的前驱体的浓度为0.01mol/L～0.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括碱金属、碱土金属以及铁、钴、镍、铜、锌中一种或几种金属的硝酸盐；和/或，所述添加剂与所述铱的前驱体的分子摩尔比为1:(1～10)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，收集热解后产物的方法包括：将石英管另一端排出的热解产物和载气通入洗涤溶液中，热解后的产物被收集，而经过洗涤后的未反应气体作为尾气排出；将收集的产物中的固体分离出来后酸洗、洗涤并干燥。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤溶液包括水或乙醇水溶液中的至少一种；和/或，通过收集装置收集所述热解后产物；所述收集装置内盛有所述洗涤溶液，一端连通所述石英管的排气端，另一端连通至外部环境；和/或，所述酸洗包括：将分离出的固体投入0.1M～3M的硫酸、硝酸或盐酸中的任意一种酸的水溶液中，并在室温下搅拌2h～20h。
8.一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的制备方法所制备而成。
9.一种高结晶水含量的纳米氧化铱电催化剂，其特征在于，所述纳米氧化铱电催化剂内部具有金红石相结构，表面具有结晶水结构。
10.根据权利要求8或9所述的纳米氧化铱电催化剂，其特征在于，所述纳米氧化铱电催化剂具有3％～10％的结晶水含量。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115465904A (zh) * 2022-08-16 2022-12-13 浙江天能氢能源科技有限公司 一种强分散制备纳米二氧化铱的工艺
CN116682981A (zh) * 2023-07-31 2023-09-01 国家电投集团氢能科技发展有限公司 一种铱基抗反极催化剂及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107630228A (zh) * 2017-09-19 2018-01-26 中国科学院长春应用化学研究所 一种表面氧化铱富集的纳米多孔结构析氧催化剂及其制备方法
KR20200031014A (ko) * 2018-09-12 2020-03-23 주식회사 보야스에너지 초음파 분무 열분해법을 이용한 수전해 촉매 합성방법
KR20200130022A (ko) * 2019-05-10 2020-11-18 광운대학교 산학협력단 초음파 분무 열분해법을 이용한 이리듐-철 산화물을 포함하는 산소발생반응 촉매의 제조방법 및 이에 따라 제조된 산소발생반응 촉매

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107630228A (zh) * 2017-09-19 2018-01-26 中国科学院长春应用化学研究所 一种表面氧化铱富集的纳米多孔结构析氧催化剂及其制备方法
KR20200031014A (ko) * 2018-09-12 2020-03-23 주식회사 보야스에너지 초음파 분무 열분해법을 이용한 수전해 촉매 합성방법
KR20200130022A (ko) * 2019-05-10 2020-11-18 광운대학교 산학협력단 초음파 분무 열분해법을 이용한 이리듐-철 산화물을 포함하는 산소발생반응 촉매의 제조방법 및 이에 따라 제조된 산소발생반응 촉매

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUYEN VAN PHAM ET AL.: "IrO2 coated TiO2 core-shell microparticles advance performance of low loading proton exchange membrane water electrolyzers", APPLIED CATALYSIS B: ENVIRONMENTAL, pages 1 - 23 *
O. GENÇYILMAZ ET AL.: "Production and characterization of iridium oxide films by ultrasonic chemical spray pyrolysis", JOURNAL OF OPTOELECTRONICS AND ADVANCED MATERIALS, pages 395 - 402 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115465904A (zh) * 2022-08-16 2022-12-13 浙江天能氢能源科技有限公司 一种强分散制备纳米二氧化铱的工艺
CN115465904B (zh) * 2022-08-16 2023-11-03 浙江天能氢能源科技有限公司 一种强分散制备纳米二氧化铱的工艺
CN116682981A (zh) * 2023-07-31 2023-09-01 国家电投集团氢能科技发展有限公司 一种铱基抗反极催化剂及其制备方法和应用

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