CN115094434B - 氧化铱电催化剂批量制备方法及电解水制氢应用 - Google Patents
氧化铱电催化剂批量制备方法及电解水制氢应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115094434B CN115094434B CN202210633322.4A CN202210633322A CN115094434B CN 115094434 B CN115094434 B CN 115094434B CN 202210633322 A CN202210633322 A CN 202210633322A CN 115094434 B CN115094434 B CN 115094434B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iridium oxide
- iridium
- temperature
- deionized water
- less
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 71
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title description 6
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 3
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical group [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 13
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 11
- ILWRPSCZWQJDMK-UHFFFAOYSA-N triethylazanium;chloride Chemical group Cl.CCN(CC)CC ILWRPSCZWQJDMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- DANYXEHCMQHDNX-UHFFFAOYSA-K trichloroiridium Chemical compound Cl[Ir](Cl)Cl DANYXEHCMQHDNX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 claims description 8
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OGMADIBCHLQMIP-UHFFFAOYSA-N 2-aminoethanethiol;hydron;chloride Chemical compound Cl.NCCS OGMADIBCHLQMIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940097265 cysteamine hydrochloride Drugs 0.000 claims description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 claims 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 11
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 9
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 9
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 229910021638 Iridium(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910019891 RuCl3 Inorganic materials 0.000 description 4
- YNJJJJLQPVLIEW-UHFFFAOYSA-M [Ir]Cl Chemical compound [Ir]Cl YNJJJJLQPVLIEW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- UFULAYFCSOUIOV-UHFFFAOYSA-N cysteamine Chemical class NCCS UFULAYFCSOUIOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000000151 cysteine group Chemical class N[C@@H](CS)C(=O)* 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K ruthenium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3] YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 229910009112 xH2O Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 description 3
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 3
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N Adamantane Natural products C1C(C2)CC3CC1CC2C3 ORILYTVJVMAKLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000000366 colloid method Methods 0.000 description 2
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 2
- 230000003670 easy-to-clean Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- GGZZISOUXJHYOY-UHFFFAOYSA-N 8-amino-4-hydroxynaphthalene-2-sulfonic acid Chemical compound C1=C(S(O)(=O)=O)C=C2C(N)=CC=CC2=C1O GGZZISOUXJHYOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000857945 Anita Species 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000306 component Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000413 hydrolysate Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 description 1
- 239000008274 jelly Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004917 polyol method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G55/00—Compounds of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum
- C01G55/004—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
一种电解水槽中MEA电解水催化剂氧化铱的批量制备方法,包括:按含铱前驱体:形貌控制剂:金属盐:去离子水的摩尔比为1:(0.25~4):(25~50):(50~100),将其混合,在60℃~90℃温度范围下进行搅拌,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末,随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在250‑450℃温度下进行不少于30min的第一次退火处理,然后在400‑600℃温度下进行不少于30min的第二次退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域,具体的是,涉及一种电解水槽中MEA电解水催化剂氧化铱批量制备方法及应用。
背景技术
固体聚合物电解池(Solid Polymer electrolyzer water electrolysis,SPEWE),有着较高的电流密度及效率,并且化学稳定性良好,欧姆损失小,气体纯度高,安全无污染等优点,被证明是一种非常有前途的制氢方式。质子交换膜是固体聚合物电解池SPE的核心关键材料,是膜电极的心脏部件,但质子交换膜的成本和性能大大限制了其商业化发展。因此,寻找和开发新型材料成为解决这两大问题和推进商业化进程的必然选择。
目前应用在质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)上的电解水催化剂材料主要是IrO2,IrO2具有非常良好的稳定性和较低的过电位。按照生产方式进行分类,可以分成以下几类,第一类是Adams法(亚当斯聚变法),这是最为常见的一种合成催化剂的方法,被广泛用来制备超细贵金属氧化物的纳米级粉体。该方法早在1923年由Adams和Shriner发明。是将催化剂的前驱体物质(如氯化物或者氯M酸等)溶解于一定量的溶剂中(如水、异丙醇等),而后将溶剂加热蒸干并熔融,在熔融的条件下会生成贵金属的硝酸盐,通过高温热分解,最终形成贵金属的氧化物。以IrO2粉体采用Adams法制备方为例,其具体的化学反应过程如下所示:
将H2IrCl6加入到10mL的异丙醇中搅拌1h,直至其完全溶解,而后加入一定量的NaNO3,在70℃搅拌直至溶剂蒸发完全。而后将其放置到马弗炉里,在300℃进行初步预烧1h,降温后取出初级反应物,后再将其煅烧到500℃,煅烧1h,降至室温后取出进行离心分离,将得到最终我们所需的黑色的IrO2粉体。
第二类是胶体法,胶体法,简单来讲就是一种水溶液水解法,是将无机前驱体物质溶解到水溶液中,通过水解得到其氢氧化物或者水合氧化物,通常也可以在其中加入适量的碱溶液,促进其水解,而后将水解产物进行热处理,形成我们所需的贵金属氧化物。其相应的化学反应过程如下所示:
Anita等将1mmol的H2IrCl6·4H2O溶解到60mL去离子水中,而后加入40mL浓度为0.5mol/L的NaOH溶液,在80℃恒温水浴磁力搅拌1h,加入1mol/L的硝酸调节pH=8,形成蓝黑色溶液,经过离心分离后得到蓝黑色胶状物,在500℃煅烧30min,即得到黑色IrO2粉体。
第三类是多元醇法,常被用作制备金属纳米颗粒,其中多元醇,如乙二醇既被用作溶剂也被作为还原剂,采用此方法制备成金属纳米粒子的基础上进一步将其氧化则可得到我们所需的金属氧化物。而采用此种方法可以得到特定尺寸分布的纳米颗粒。采用传统多元醇还原法制备IrO2/RuO2催化剂的过程是,室温下,将0.1mmol·L-1的IrCl3/RuCl3、100mg的PVP以及10mL的乙二醇在三口烧瓶中均匀混合。乙二醇作为还原剂和溶剂,PVP则是用于控制合成IrO2/RuO2催化剂的纳米粒径。将混合液在120℃热处理20min移除水以及分散前驱体物质。而后,将混合物在195℃处理1h,冷却后用乙醇和丙酮反复清洗热处理后的产物,最后在较高的温度(400℃-600℃)下焙烧1h得到最终所需的IrO2/RuO2催化剂。
第四类是热分解法,顾名思义就是将金属聚合物前驱体直接在较高的温度下进行热处理,从而获得所需的金属氧化物。采用热分解法合成IrO2或者RuO2的催化剂,其标准的合成路线,首先将一定量的柠檬酸溶解于乙二醇中,在60℃左右搅拌,将其完全溶解分散。将RuCl3·xH2O或者IrCl3·xH2O前驱体溶解于一定比例的HCl/H2O溶液中,待其完全溶解后缓慢加入到先前配好的柠檬酸的乙二醇溶液中,按照柠檬酸:乙二醇:金属质量比为1:4:16的比率。将配好的混合溶液在90℃强力搅拌2-3h,而后在400℃处理1h,最终形成IrO2或者RuO2的金属氧化物。
上述的几种合成方案中存在着如下几点问题:第一:合成体系不适应于大批量生产,生产成本较高,生产得到的氧化铱量仅适用于实验室使用;第二:上述合成体系合成的氧化铱电解水过电位较高,普遍在350mV-360mV之间,较低的电解水活性影响整体的电解水槽的电解水性能;第三:生产得到的氧化铱纯度较低,得到的氧化铱通常含有其余反应物,影响氧化铱的电解水效率。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷,其目的是提供一种工艺简单、成本低廉和能够批量生产的质子交换膜电解水槽核心部件膜电极上的电解水催化剂氧化铱;采用本文方法制备的氧化铱电解水材料具有稳定性高和电解水活性高特点。
为实现上述目的,本发明的电解水槽中MEA电解水催化剂氧化铱批量制备方法采用的技术方案是:
按含铱前驱体:形貌控制剂:金属盐:去离子水的摩尔比为1:(0.25~4):(25~50):(50~100),将所述含铱前驱体、形貌控制剂、金属盐和所述去离子水混合,在60℃~90℃温度范围下进行搅拌,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末,随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在250-450℃温度下进行不少于30min的第一次退火处理,然后在400-600℃温度下进行不少于30min的第二次退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
优选的,所述含铱前驱体为氯铱酸、氯化铱中的一种;所述含铱前驱体纯度不小于99%。
优选的,所述金属盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸镍等中的一种;所述金属盐纯度不小于99%。
优选的,所述形貌控制剂为三乙胺盐酸盐,半胱胺酸盐等中的一种;所述形貌控制剂纯度不小于99%。
本发明的上述方法,能够用于在工业上批量生产的质子交换膜电解水槽核心部件膜电极上的电解水催化剂氧化铱。
本发明针对背景技术中的问题,做了如下改进:
第一:传统的Adams聚变法合成得到的氧化铱尺寸较大,氧化铱催化剂颗粒容易发生团聚,催化活性较低,本实验中通过改变含铱前驱体和硝酸钠的比例关系等相关参数控制,改善了团聚和低性能情况
第二:胶体法和多元醇还原法等实验方案更加复杂,需要用到盐酸或者硝酸等强酸物质,具有一定危险性,实验影响因素不太可控,本实验方案相对于这两种实验方案来说,影响因素更少,通过控制转速,蒸发温度,退火温度等易控制因素即可,可控稳定性更高。
第三:背景技术中的实验方案大多会采用氢氧化钠,盐酸等用来调节催化剂,但是对于剩余的氯离子会留在催化剂表面,催化剂本实验方案采用简单的实验步骤和易清洗的反应前驱体,例如硝酸钠等易清洗的前驱体反应物,在经过试验方案后,生成纯净度较高的氧化铱。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。
附图说明
图1为本发明制备的一种氧化铱材料的实物照片。
图2为本发明氧化铱的XRD图谱。
图3为本发明氧化铱的LSV曲线。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一:
按氯铱酸:三乙胺盐酸盐:硝酸钠:去离子水的摩尔比为1:0.25:30:50,将所述氯铱酸、三乙胺盐酸盐、硝酸钠和所述去离子水混合,在80℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为5h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在350℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在550℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
实施例二:
按氯铱酸:三乙胺盐酸盐:硝酸钠:去离子水的摩尔比为1:2:40:60,将所述氯铱酸、三乙胺盐酸盐、硝酸钠和所述去离子水混合,在85℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为4.5h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在350℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在550℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
实施例三:
按氯铱酸:三乙胺盐酸盐:硝酸钠:去离子水的摩尔比为1:3:50:90,将所述氯铱酸、三乙胺盐酸盐、硝酸钠和所述去离子水混合,在90℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为4h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在350℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在550℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
实施例四:
按氯铱酸:三乙胺盐酸盐:硝酸钠:去离子水的摩尔比为1:4:50:100,将所述氯铱酸、三乙胺盐酸盐、硝酸钠和所述去离子水混合,在90℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为4h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在250℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在400℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
实施例五:
按氯化铱:半胱胺酸盐:硝酸钾:去离子水的摩尔比为1:1:25:50,将所述氯化铱、半胱胺酸盐、硝酸钾和所述去离子水混合,在90℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为4h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在300℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在450℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
实施例六:
按氯化铱:半胱胺酸盐:硝酸钾:去离子水的摩尔比为1:0.5:30:80,将所述氯化铱、半胱胺酸盐、硝酸钾和所述去离子水混合,在90℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为4h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在350℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在500℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
实施例七:
按氯化铱:半胱胺酸盐:硝酸钾:去离子水的摩尔比为1:3.5:40:70,将所述氯化铱、半胱胺酸盐、硝酸钾和所述去离子水混合,在90℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为4h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在400℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在550℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
实施例八:
按氯化铱:半胱胺酸盐:硝酸镍:去离子水的摩尔比为1:4:25:50,将所述氯化铱、半胱胺酸盐、硝酸镍和所述去离子水混合,在90℃温度范围下进行搅拌,搅拌时间为4h,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末。随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在450℃温度下进行1h,退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将混合物在600℃再退火1h处理,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱。
上述技术路线的优点包括:(1)该技术路线生产的氧化铱的电解水过电位在310mV左右,远远低于亚当斯聚变法合成的氧化铱的电解水过电位(358mV),并且随着三乙胺盐酸盐等控制剂的加入调整了氧化铱的形貌,增加氧化铱的催化活性和稳定性;(2)该技术路线相对于传统的亚当斯聚变法简化了很大一部分的操作过程,让技术路线变得更加简单容易操作,降低了生产成本和反应步骤,减少了生产时间,使其具备了批量生产的条件;(3)通过上述制备工艺得到的氧化铱粉末纯净度高,杂志含量较少。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (5)
1.一种电解水槽中MEA 电解水催化剂氧化铱的批量制备方法,包括:按含铱前驱体:形貌控制剂:金属盐:去离子水的摩尔比为1:(0.25~4):(25~50):(50~100),将所述含铱前驱体、形貌控制剂、金属盐和所述去离子水混合,在60℃~90℃温度范围下进行搅拌,直至将去离子水全部蒸干挥发,剩下固体粉末,随后将蒸发得到的固体粉末装入瓷舟中,在250-450℃温度下进行不少于30 min 的第一次退火处理,然后在400-600℃温度下进行不少于30min 的第二次退火处理,得到了氧化铱与杂质混合物,将氧化铱与杂质混合物进行水洗干燥,得到氧化铱;所述含铱前驱体为氯铱酸或氯化铱;所述金属盐为硝酸钠、硝酸钾或硝酸镍;所述形貌控制剂为三乙胺盐酸盐或半胱胺酸盐。
2.根据权利要求1的批量制备方法,所述含铱前驱体纯度不小于99%。
3.根据权利要求1的批量制备方法,所述金属盐纯度不小于99%。
4.根据权利要求1的批量制备方法, 所述形貌控制剂纯度不小于99%。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的批量制备方法,用于工业制备电解水槽中MEA电解水催化剂氧化铱。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210633322.4A CN115094434B (zh) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | 氧化铱电催化剂批量制备方法及电解水制氢应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210633322.4A CN115094434B (zh) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | 氧化铱电催化剂批量制备方法及电解水制氢应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115094434A CN115094434A (zh) | 2022-09-23 |
CN115094434B true CN115094434B (zh) | 2023-12-05 |
Family
ID=83288455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210633322.4A Active CN115094434B (zh) | 2022-06-07 | 2022-06-07 | 氧化铱电催化剂批量制备方法及电解水制氢应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115094434B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115849469A (zh) * | 2022-11-30 | 2023-03-28 | 湖南紫潇新材料有限责任公司 | 纳米氧化铱催化剂、其制备方法及应用 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140135306A (ko) * | 2013-05-15 | 2014-11-26 | 한국과학기술원 | 일차원 금속산화물 나노섬유에 부착된 결정화된 이리듐옥사이드 나노입자 산소 발생 촉매 및 그 제조 방법 |
CN104233366A (zh) * | 2014-09-16 | 2014-12-24 | 武汉轻工大学 | 一种铱铜氧化物合金阴极催化剂的制备方法 |
KR20190018836A (ko) * | 2017-08-16 | 2019-02-26 | 한국과학기술원 | 산화 이리듐 나노 촉매 및 그 제조방법 |
KR20200025769A (ko) * | 2018-08-31 | 2020-03-10 | 주식회사 엘지화학 | 전해용 전극 및 이의 제조방법 |
CN113277573A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-20 | 成都天芮科技有限公司 | 一种pem电解水阳极催化剂及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102435218B1 (ko) * | 2020-06-30 | 2022-08-24 | 광주과학기술원 | 수전해용 촉매 및 그의 제조방법 |
-
2022
- 2022-06-07 CN CN202210633322.4A patent/CN115094434B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140135306A (ko) * | 2013-05-15 | 2014-11-26 | 한국과학기술원 | 일차원 금속산화물 나노섬유에 부착된 결정화된 이리듐옥사이드 나노입자 산소 발생 촉매 및 그 제조 방법 |
CN104233366A (zh) * | 2014-09-16 | 2014-12-24 | 武汉轻工大学 | 一种铱铜氧化物合金阴极催化剂的制备方法 |
KR20190018836A (ko) * | 2017-08-16 | 2019-02-26 | 한국과학기술원 | 산화 이리듐 나노 촉매 및 그 제조방법 |
KR20200025769A (ko) * | 2018-08-31 | 2020-03-10 | 주식회사 엘지화학 | 전해용 전극 및 이의 제조방법 |
CN113277573A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-08-20 | 成都天芮科技有限公司 | 一种pem电解水阳极催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
TiN浸渍-热分解法制备IrO_x-TiO_2粉体催化剂及其表征;孙仁兴;徐海波;万年坊;王佳;;高等学校化学学报(05);904-908 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115094434A (zh) | 2022-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10854885B2 (en) | Non-noble metal electrocatalysts for oxygen depolarized cathodes and their application in chlor-alkali electrolysis cells | |
CN111420658B (zh) | 一种Ir/Ru合金氧析出催化剂及制备方法和应用 | |
CN108325539B (zh) | 一种棒状自组装成花球状的钒修饰的Ni3S2电催化剂的合成方法 | |
EP3825443A1 (en) | Method of preparing catalyst for pem water electrolysis and catalyst for pem water electrolysis | |
CN113502499A (zh) | 一类自支撑金属磷化物纳微结构电极材料及其制备方法和应用 | |
CN106824198A (zh) | 钴基产氧催化剂及其制备方法以及一种碱性制氢电解槽 | |
CN112981432B (zh) | 用于纯水电解制臭氧的阳极催化剂、膜电极以及制备方法 | |
CN115094434B (zh) | 氧化铱电催化剂批量制备方法及电解水制氢应用 | |
CN112062567A (zh) | 一种利用熔盐制备锆钇掺杂的铈酸钡粉体的方法以及由此得到的粉体 | |
JPH11229167A (ja) | 電解水素発生装置 | |
KR20200048454A (ko) | 산소환원반응용 니켈-코발트 산화물의 산소결핍의 유도 방법 및 그 방법에 의한 니켈-코발트 산화물 | |
CN111530474A (zh) | 一种贵金属单原子调控尖晶石阵列催化剂及其制备方法和应用 | |
CN113443610B (zh) | 一种硒化钌纳米球电催化剂及其制备方法和应用 | |
CN114561662A (zh) | 一种pem电解水催化剂、其制备方法及用途 | |
CN114477320A (zh) | 一种pem水电解析氧催化剂氧化铱的制备方法 | |
CN116474772A (zh) | 一种过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂及其制备方法和应用 | |
CN112110497B (zh) | 一种镧系金属掺杂钴酸镧型纳米管材料及其制备方法、以及电解水制氢的方法 | |
CN113215616B (zh) | 一种IrCoFe@MXene复合催化剂及其制备方法和应用 | |
CN114606512A (zh) | 一种Ru掺杂W4.6N4颗粒@氮掺杂石墨烯管析氢电催化剂 | |
CN111266122A (zh) | 一种表面修饰Co(OH)x纳米颗粒的CoP纳米片析氢反应催化剂及其制备方法 | |
CN115505951B (zh) | 一种多孔氧化铱纳米材料、其制备方法和应用 | |
CN115821293A (zh) | 一种基于WS2/Pt复合催化剂的耦合制备偶氮呋咱含能材料的制氢方法 | |
KR102362247B1 (ko) | Pem 수전해용 촉매의 제조방법 및 pem 수전해용 촉매 | |
CN118007174A (zh) | 一种适用于工业大电流电解水的析氧催化剂及其制备方法 | |
CN116180125A (zh) | 一种CoRu@C-N电催化剂及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |