CN116474772A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于电解水催化剂技术领域，尤其涉及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。制备方法包括以下步骤：S1、将铱前驱体、过渡金属前驱体、硝酸钠和分散剂混合，球磨制成浆料，过渡金属为Co、Ni和Mn中的一种或多种，铱前驱体与过渡金属前驱体的摩尔比为5：0.5‑4；S2、干燥浆料；S3、于空气氛围下，煅烧浆料；S4、纯化煅烧后的产物，得到过渡金属掺杂改性片状氧化铱。本发明提供的方法可以得到具有更高比表面积和更多活性面积的催化剂，其在酸性环境中析氧反应活跃，能很好地降低电解水制氢的槽电压，在降低贵金属Ir含量的同时能够提高电催化活性、稳定性和耐久性，显著降低催化剂的使用成本问题。
Description
技术领域
本发明涉及电解水催化剂技术领域，特别涉及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。
背景技术
随着化石燃料资源逐渐枯竭和环境污染问题日益严重，氢能因具有清洁、高效、稳定、可再生等特点而受到了高度关注。通过电解水来制备氢气是可再生能源的重要发展方向之一，也是最为常见的制备氢气的方法。在电解水中，目前电解水制氢工艺装置主要为碱性电解槽(AEM)和质子交换膜电解槽(PEM)，其中，PEM技术通过将电能转化为化学能来储存间歇性可再生能源，而且区别于AEM技术，PEM水电解制氢具有反应快、功率密度高、运行灵活和效率高，以及与风电、光伏具有良好的匹配性等诸多优点，基于此，基于PEM的水电解技术被认为是氢能得以有效利用的关键技术。
电解水反应包括阳极的析氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER)。从动力学角度来看，阳极OER是一个四电子质子耦合反应，需要较高过电位，导致阴极半反应中氢气的析出效率低，这是质子交换膜水电解槽阳极反应占性能损失的主要部分。提升催化剂的OER催化性能对于电催化分解水具有重要意义。
目前应用在质子交换膜上的电解水催化剂材料中只有氧化铱(IrO2)和氧化钌显示出满意的活性和稳定性，氧化铱活性相比于氧化钌稍差，但表现出不错的稳定性，在阳极高酸性条件下能抵制溶解和浸出，因此，氧化铱是主要的催化剂材料。传统商业化氧化铱呈现小颗粒，其比表面积小，反应易团聚，通过亚当斯熔融法可以制备得到比表面积大、呈现片状的氧化铱，这对于提升反应活性面积和产物的脱附是有利的；但是，铱(Ir)为贵金属催化剂，成本高、资源稀缺、限制了其在商业的广泛应用。通过引入非贵金属掺杂可以降低成本，然而析氧活性及稳定性有待提高，不能满足实际生产的需求。
针对目前电解水阳极氧化铱催化剂结构及其制备方法存在的不足，对氧化铱结构进行改性，提升其催化活性并维持稳定性对于质子交换膜电解槽的广泛应用显得尤为重要。
发明内容
针对以上现有技术中的问题，本发明提供了一种过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂及其制备方法，并提供了该过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂在电解水领域的应用，以解决或至少缓解现有技术中的部分或全部技术问题。
为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：
本发明第一方面提供了一种过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铱前驱体、过渡金属前驱体、硝酸钠和分散剂混合，球磨制成浆料，其中，过渡金属为Co、Ni和Mn中的一种或多种，所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比为5：0.5-4；
S2、干燥所述浆料；
S3、于空气氛围下，煅烧所述浆料；
S4、纯化所述煅烧后的产物，得到过渡金属掺杂改性片状氧化铱。
进一步地，所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比为5：0.5-2；更进一步地，所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比为5：1。
进一步地，所述过渡金属为Mn。
进一步地，步骤S1中，球磨制成浆料包括以下步骤：在转速为180rpm/min条件下，逆时针方向旋转30min后停留5min，然后顺时针旋转30min，重复10次，得到前驱体充分混合的浆料。
进一步地，步骤S2中，干燥所述浆料包括以下步骤：在20min内将所述浆料从室温升温至60-90℃，保温3-8h，得到浅褐色粉末。
进一步地，步骤S3中，煅烧所述浆料包括以下步骤：以1-4℃/min升温速率升温至280-350℃后保温1-3h后降温。
进一步地，步骤S4中，纯化所述煅烧后的产物包括以下步骤：用去离子水浸泡所述煅烧后的产物0.5-4h，之后抽滤，残留物烘干，即得到过渡金属掺杂改性片状氧化铱。
本发明第二方面提供了如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂。
本发明第三方面提供了如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂或如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法在电解水中的应用。
本发明的优点及积极效果为：
1、本发明以硝酸钠作为模板剂、氧化剂和致孔剂，促使氧化铱形成纳米尺度和微米尺度的片状多孔结构，并通过球磨和高温煅烧，将过渡金属掺杂进氧化铱中，过渡金属能有效地调节氧化铱中金属铱和氧的键能强度，调节铱的外层电子结构，因此，制备得到了具有更高比表面积和更多活性面积的电催化剂，其在酸性环境中析氧反应活跃，能很好地降低酸性环境电解水制氢的槽电压，且具有优良的稳定性。此外，贵金属含量相比于商业氧化铱有明显降低，相比于片状纯氧化铱和商业块状氧化铱在降低贵金属Ir含量的同时能够提高电催化活性、稳定性和耐久性，显著降低了催化剂的使用成本问题。
2、本发明的制备方法制备过程简单，环保节能，可推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的过渡金属M掺杂模型；
图2为本发明实施例1-3制备得到的的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2、Co@IrO2和Ni@IrO2以及片状IrO2和商业IrO2催化剂的X射线衍射图谱；
图3为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2以及片状IrO2和商业IrO2催化剂的x射线光电子能谱图；
图4为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2以及片状IrO2和商业IrO2催化剂的扫描电镜图；
图5为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2透射电镜图；
图6为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2的EDS mapping谱图；
图7为本发明实施例1-3制备得到的的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2、Co@IrO2和Ni@IrO2以及片状IrO2和商业IrO2催化剂在酸性电解液中的析氧反应曲线；
图8为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2在不同Mn投料含量下的析氧反应极化曲线；
图9为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2在两电极体系下于酸性环境中全电解水的极化曲线图；
图10为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂Mn@IrO2在两电极体系下于酸性环境中在相同电流条件下的电压随时间的变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本发明中所用的表示用量、百分比的所有数字以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。另外，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”等类似词语的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明做详细说明。
本发明实施例提供了一种过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将铱前驱体、过渡金属前驱体、硝酸钠和分散剂混合，球磨制成浆料，其中，过渡金属为Co、Ni和Mn中的一种或多种，所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比(以铱：过渡金属计)为5：0.5-4；
S2、干燥所述浆料；
S3、于空气氛围下，煅烧所述浆料；
S4、纯化所述煅烧后的产物，得到过渡金属掺杂改性片状氧化铱。
为描述方便，以下采用M来描述过渡金属，M＝Co、Ni和/或Mn，并将过渡金属掺杂改性片状氧化铱命名为片状M@IrO2。
在本发明中，以硝酸钠作为模板剂、氧化剂和致孔剂，过量的硝酸钠作为片状M@IrO2形成的模板物，以促使生成的氧化铱(IrO2)形成片状结构，而且硝酸钠高温煅烧时会分解产生氧气，可供给氧化物的形成，并在片状氧化物中产生足够的气孔，形成纳米尺度和微米尺度的片状多孔氧化铱，这有利于提高其比表面积，而且，通过球磨和高温煅烧，成功将过渡金属M掺杂进氧化铱中，图1示出了过渡金属M的掺杂模型，M元素的掺杂有利于改变氧化铱原本的微观形貌，能有效地调节氧化铱中金属铱和氧的键能强度，调节铱的外层电子结构，提高氧化铱的催化活性。
相比市场流通的商业氧化铱催化剂而言，将过渡金属掺杂进多孔片状氧化铱中一起形成具备高比表面积的电催化剂，具有更高的比表面积和更多的活性面积来提高催化活性和材料利用效率，因此本发明制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂在酸性环境中析氧反应(OER)极其活跃，能很好地降低酸性环境电解水制氢的槽电压，且具有优良的稳定性。此外，贵金属含量相比于商业氧化铱有明显降低，显著降低了成本。由此，通过本发明上述方法制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂，在酸性反应环境中，相比于片状纯氧化铱和商业块状氧化铱在降低贵金属Ir含量的同时能够提高电催化活性、稳定性和耐久性，有效解决了工业酸性电解水过程使用贵金属催化剂的高成本问题。而且，本发明的制备方法制备过程简单，环保节能，可推广应用。
添加过渡金属有利于改善氧化铱中的铱氧键，优化电化学反应过程中铱的化学态，这对于提升在阳极电解过程中的OER反应活性是有利的，但当过渡金属含量太高时，制备过程中会形成过渡金属氧化物，在酸性环境中的高电位下会发生电化学溶解，因此，合适的过渡金属含量对于催化性能的提升是必要的。优选所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比(以铱：过渡金属计)为5：0.5-2，更优选为5：1。
不同过渡金属掺杂对于催化剂性能的提升效率不同，优选所述过渡金属为Co和Mn中的一种或多种，更优选所述过渡金属为Mn。经研究证实，Mn的掺杂对提升催化剂催化活性、稳定性和耐久性等性能尤为明显。
铱前驱体和过渡金属前驱体用于提供铱源和过渡金属源，本发明对其种类不作特殊限定，能够有效地形成铱离子和Co离子、Ni离子或Mn离子即可，在一些实施例中，优选地，所述铱前驱体选自三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、醋酸铱、氯铱酸铵和六氯铱酸钾中的一种或多种；所述过渡金属前驱体选自过渡金属氯盐(MCl2)、过渡金属硝酸盐(M(NO3)2)、过渡金属硫酸盐(MSO4)中的一种或多种。
分散剂是用于使固体颗粒表面迅速润湿，又能使固体质点间的能垒上升到足够高的一种表面活性剂，便于固体粉末物料在球磨过程中形成均一浆料，本发明对分散剂的种类不作特殊的限定。在一些实施例中，所述分散剂选自异丙醇、硬脂酸中的一种或多种。
可选地，步骤S1中，球磨制成浆料包括以下步骤：在转速为180rpm/min条件下，逆时针方向旋转30min后停留5min，然后顺时针旋转30min，重复10次，得到前驱体充分混合的浆料。
可选地，步骤S2中，干燥所述浆料包括以下步骤：在20min内将所述浆料从室温升温至60-90℃，保温3-8h至异丙醇完全除去，得到浅褐色粉末。优选地，将所述浆料从室温升温至75℃，保温5h。
可选地，步骤S3中，煅烧所述浆料包括以下步骤：以1-4℃/min升温速率升温至280-350℃后保温1-3h后降温。优选地，以2℃/min升温速率升温至300℃后保温2h后降温。
可选地，步骤S4中，纯化所述煅烧后的产物包括以下步骤：用去离子水浸泡所述煅烧后的产物0.5-4h，之后抽滤，残留物烘干，即得到过渡金属掺杂改性片状氧化铱。具体地，烘干温度为40-80℃，优选为60℃。煅烧后的产物中有高含量的模板盐硝酸钠，通过水洗除尽硝酸钠，之后抽滤烘干即可得到纯净的片状M@IrO2催化剂。
基于相同的发明构思，本发明另一实施例提供了如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法制备得到的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂。
所述过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂与如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂或如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法在电解水中的应用，具体地为用于电解水中析氧反应的催化剂。
所述过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂电解水中的应用优势与如上所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
一种过渡金属掺杂的片状氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将2g氯铱酸(5mmol)、0.2g氯化锰(1mmol)、10g硝酸钠和60mL异丙醇加入在球磨罐(混合洁净氧化锆颗粒辅助研磨)内，维持转速为180rpm/min，逆时针方向旋转30min后停留5min，然后顺时针旋转30min，这样重复10次，充分旋转研磨混合物，得到前驱体充分混合的浆料；
S2、将上述得到的浆料转移到100mL烧杯中，在20min内从室温升温至75℃，保温5h至异丙醇完全除去，得到浅褐色粉末，转移至研钵去除氧化锆颗粒，并研磨成细粉；
S3、将上述得到的细粉转移到马弗炉，在空气条件下，以2℃/min的升温速率升温至300℃保温2h后降温；
S4、降温后瓷舟中的煅烧产物中有高含量的模板盐硝酸钠，用去离子水浸泡煅烧产物1h后抽滤，残留物于60℃烘箱中保温过夜即可得到片状Mn@IrO2。
实施例2
一种过渡金属掺杂的片状氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将2g氯铱酸(5mmol)、0.13g氯化镍(1mmol)、10g硝酸钠和60mL异丙醇加入在球磨罐(混合洁净氧化锆颗粒辅助研磨)内，维持转速为180rpm/min，逆时针方向旋转30min后停留5min，然后顺时针旋转30min，这样重复10次，充分旋转研磨混合物，得到前驱体充分混合的浆料；
S2、将上述得到的浆料转移到100mL烧杯中，在20min内从室温升温至75℃，保温5h至异丙醇完全除去，得到浅褐色粉末，转移至研钵去除氧化锆颗粒，并研磨成细粉；
S3、将上述得到的细粉转移到马弗炉，在空气条件下，以2℃/min的升温速率升温至300℃保温2h后降温；
S4、降温后瓷舟中的煅烧产物中有高含量的模板盐硝酸钠，用去离子水浸泡煅烧产物1h后抽滤，残留物于60℃烘箱中保温过夜即可得到片状Ni@IrO2。
实施例3
一种过渡金属掺杂的片状氧化铱催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将2g氯铱酸(5mmol)、0.13g氯化钴(1mmol)、10g硝酸钠和60mL异丙醇加入在球磨罐(混合洁净氧化锆颗粒辅助研磨)内，维持转速为180rpm/min，逆时针方向旋转30min后停留5min，然后顺时针旋转30min，这样重复10次，充分旋转研磨混合物，得到前驱体充分混合的浆料；
S2、将上述得到的浆料转移到100mL烧杯中，在20min内从室温升温至75℃，保温5h至异丙醇完全除去，得到浅褐色粉末，转移至研钵去除氧化锆颗粒，并研磨成细粉；
S3、将上述得到的细粉转移到马弗炉，在空气条件下，以2℃/min的升温速率升温至300℃保温2h后降温；
S4、降温后瓷舟中的煅烧产物中有高含量的模板盐硝酸钠，用去离子水浸泡煅烧产物1h后抽滤，残留物于60℃烘箱中保温过夜即可得到片状Co@IrO2。
实施例4
本实施例旨在对实施例1-3制得的催化剂的性能进行评价。用于对照的片状IrO2的制备方法同实施例1-3，区别在于不加入过渡金属前驱体，商业IrO2型号为I102673，纯度＞99.99％。
图2示出了本发明实施例1-3中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂的X射线衍射(XRD)图谱，从图中可以看出，所有样品衍射峰和氧化铱标准卡片(15-0870)能完整对应，且随着过渡金属的掺杂，氧化铱主晶面(35度)发生高角度偏移，说明过渡金属原子成功掺杂到了氧化铱晶体晶格，改变了其晶体结构。
图3示出了本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2片状IrO2和商业IrO2的x射线光电子能谱(XPS)图，其中，横坐标为结合能，纵坐标为相对强度，从图3中看出，Mn元素成功掺杂到片状IrO2中，且由于锰(Mn)的加入，Ir的结合能相比于商业氧化铱有较为明显的提升，这意味着其氧化态有所增加，对于酸性环境中OER催化活性的提升有利。
图4示出了本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2、片状IrO2和商业IrO2的扫描电镜(SEM)图，结果如图4所示。从图4中可以看出，商业IrO2的微观形貌呈现块状，而熔融法制得的片状IrO2和本发明的Mn@IrO2呈现类似的片状物，Mn的加入并没有改变片状氧化铱的微观形貌。
图5示出了本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2、片状IrO2和商业IrO2的透射电镜图(TEM和HRTEM)，从图5中可以看出，Mn@IrO2呈现片状物，高分辨下可以清楚看到氧化铱明显的(101)面条纹和对应的晶体衍射环，这和图2中的XRD谱图相符合，其物相保持IrO2，Mn只是作为掺杂进入了IrO2本体。
图6示出了本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2的EDS mapping谱图，可见元素分布(左图)及其含量(右图)，从图6中可以看出，Mn、Ir和O元素在片状氧化铱上均匀分布，且能谱显示Mn含量不高，确定为掺杂元素。
析氧反应曲线测试：测试实施例1-3中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2、Co@IrO2、Ni@IrO2以及片状IrO2和商业IrO2(型号I102673，纯度＞99.99％)在酸性电解液(0.5M的H2SO4)中三电极体系下(工作电极为玻碳电极；对电极为石墨棒；参比电极为饱和甘汞电极)、扫描速率为5mV s-1时的析氧反应曲线，所需测试的催化剂涂覆在工作电极玻碳电极表面，结果如图7所示，其中，横坐标为电压，纵坐标为电流密度。从图7中可以看出，相比于商业IrO2和片状IrO2，为了达到相同的电流密度(如10mA cm-2)各催化剂所需电压不同，片状Mn@IrO2所需的电压最低。这意味着过渡金属的掺杂明显提升了氧化铱的OER催化活性，且实施例1中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2有更好的析氧活性，提升性能尤为明显。
图8为本发明实施例1中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2中Mn投料含量不同时，催化剂在相同条件下以上述所述的三电极体系和扫描速率5mV s-1时测得的析氧反应极化曲线。从图中可以看到，当掺杂投料量为1mmol即Mn与Ir摩尔比为1：5时，片状Mn@IrO2的性能最优。
全电解水的反应曲线测试：以本发明实施例1制备得到的过渡金属掺杂的片状氧化铱催化剂Mn@IrO2和商业IrO2分别作为阳极，以商业Pt/C催化剂(型号为HPT020，20％Pt/C)作为阴极，在酸性电解液(0.5M的H2SO4)中，采用两电极体系，测试扫描速率为5mV s-1时全电解水的反应曲线图，结果如图9所示，其中，横坐标为电压，纵坐标为对应电压下的电流密度。从图9中可以看出，以Mn@IrO2作为阳极的两电极体系仅需要1.54V即可达到10mA·cm-2(电流密度)，而商业催化剂在相同的条件下则需要1.6V。这表明过渡金属掺杂的片状氧化铱催化剂Mn@IrO2相比于商业IrO2有更好的阳极水氧化能力。
稳定性测试：以本发明实施例1制备得到的过渡金属掺杂的片状氧化铱催化剂Mn@IrO2作为阳极，以商业Pt/C催化剂(型号为HPT020，20％ Pt/C)作为阴极，在酸性电解液(0.5M的H2SO4)中，采用两电极体系，在相同电流条件下测定电压随着时间的变化曲线，结果如图10所示，其中，横坐标为时间，纵坐标为电压。从图10中可以看出，实施例1中制备得到的过渡金属掺杂片状氧化铱催化剂Mn@IrO2在不同电流密度下稳定分解水的时长保持在近20h，远超过商业IrO2和片状IrO2，具有良好的稳定性和耐久性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铱前驱体、过渡金属前驱体、硝酸钠和分散剂混合，球磨制成浆料，其中，过渡金属为Co、Ni和Mn中的一种或多种，所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比为5：0.5-4；
S2、干燥所述浆料；
S3、于空气氛围下，煅烧所述浆料；
S4、纯化所述煅烧后的产物，得到过渡金属掺杂改性片状氧化铱。
2.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比为5：0.5-2。
3.根据权利要求2所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，所述铱前驱体与所述过渡金属前驱体的摩尔比为5：1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，所述过渡金属为Mn。
5.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，球磨制成浆料包括以下步骤：在转速为180rpm/min条件下，逆时针方向旋转30min后停留5min，然后顺时针旋转30min，重复10次，得到前驱体充分混合的浆料。
6.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，干燥所述浆料包括以下步骤：在20min内将所述浆料从室温升温至60-90℃，保温3-8h，得到浅褐色粉末。
7.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S3中，煅烧所述浆料包括以下步骤：以1-4℃/min升温速率升温至280-350℃后保温1-3h后降温。
8.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法，其特征在于，步骤S4中，纯化所述煅烧后的产物包括以下步骤：用去离子水浸泡所述煅烧后的产物0.5-4h，之后抽滤，残留物烘干，即得到所述过渡金属掺杂改性片状氧化铱。
9.一种过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂，其特征在于，由如权利要求1-8任一项所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂的制备方法制备得到。
10.如权利要求9所述的过渡金属掺杂改性片状氧化铱催化剂在电解水中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117187870A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-08 | 北京未来氢能科技有限公司 | 用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法 |
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2023
- 2023-03-20 CN CN202310269027.XA patent/CN116474772A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN117187870A (zh) * | 2023-09-21 | 2023-12-08 | 北京未来氢能科技有限公司 | 用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法 |
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