CN116553634A - 一种Ca2IrO4纳米棒及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ca2IrO4纳米棒及其制备方法与应用，属于电解水制氢技术领域。该Ca2IrO4纳米棒的长径比为2‑20，具有较高的电催化析氧性能和导电性。其制备方法包括：将铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠进行球磨，得到球磨物料；将所述球磨物料进行热处理。该方法通过使用碱性熔盐碳酸钠，降低了Ir物相与Ca物相结合的反应能垒，使得在低温、短时间内热处理条件下即可大规模制备Ca2IrO4纳米棒。该纳米棒可用作催化剂催化水电解阳极析氧反应。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢技术领域，具体而言，涉及一种Ca2IrO4纳米棒及其制备方法与应用。
背景技术
目前，高的铱载量仍是保证质子交换膜水电解（Proton exchange membranewater electrolysis，PEMWE）制氢效率的关键。但作为阳极催化剂的IrO2和Ir成本持续居高不下，同时质量活性偏低，因此PEMWE在氢能源市场的推广受到严重限制。近年来，以铱酸盐钙钛矿为代表的催化剂，显示出低铱用量下超越传统IrO2的酸性析氧催化活性以及长期电催化稳定性。
传统铱酸盐钙钛矿主要依赖高温固相合成技术，该方法所得的铱酸盐钙钛矿应用于析氧反应时存在单位质量催化剂活性面积不足，且该方法需要高温、高压、长时间的合成条件，制备效率低、能耗高。也有采用硝酸盐燃烧法制备铱酸盐钙钛矿的研究，但该合成方法存在有毒气体NOx排放、危险系数高、制备效率低、产物析氧活性较低等问题。因此，大规模制备高析氧活性的铱酸盐钙钛矿依然任重道远。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种Ca2IrO4纳米棒，该Ca2IrO4纳米棒具有较高的电催化析氧性能和导电性。
本发明的目的之二在于提供一种上述Ca2IrO4纳米棒的制备方法。
本发明的目的之三在于提供一种上述Ca2IrO4纳米棒的应用。
本申请可这样实现：
第一方面，本申请提供一种Ca2IrO4纳米棒，其长径比为2-20；
Ca2IrO4纳米棒还具有以下特征中的至少一种：
特征一：Ca2IrO4纳米棒的长度为50nm-1000nm；
特征二：Ca2IrO4纳米棒的宽度为10nm-50nm；
特征三：Ca2IrO4纳米棒的比表面积为50m2/g-100m2/g；
特征四：Ca2IrO4纳米棒的电导率为2.5S/cm-10S/cm；
特征五：Ca2IrO4纳米棒中Na元素含量为2at%-5at%。
第二方面，本申请提供如前述实施方式的Ca2IrO4纳米棒的制备方法，包括以下步骤：将铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠进行球磨，得到球磨物料；将球磨物料进行热处理。
在可选的实施方式中，铱盐前驱体包括氯铱酸、三氯化铱、铱氯酸钾、铱氯酸钠、硝酸铱、十二羰基四铱中的至少一种；
或，钙盐前驱体包括氯化钙、硝酸钙和醋酸钙中的至少一种；
或，铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠的摩尔比为0.002-0.005:0.02-0.2:0.05-0.5。
在可选的实施方式中，铱盐前驱体为铱氯酸；或，钙盐前驱体为氯化钙。
在可选的实施方式中，球磨过程包括以下特征中的至少一种：
特征一：球料比为5:1-20:1；
特征二：转速为300r/m-600r/m；
特征三：球磨时间为1h-10h；
特征四：球磨过程中还加入有球磨助剂，球磨助剂与碳酸钠的摩尔比为0.1-0.3:0.1-0.5；
特征四：球磨是于行星式球磨机中进行。
在可选的实施方式中，热处理过程包括以下特征中的至少一种：
特征一：热处理温度为400℃-900℃；
特征二：升温速率为5℃/min-20℃/min；
特征三：热处理时间为0.2h-2.5h。
在可选的实施方式中，还包括：除去热处理得到的产物中的碳酸钙。
第三方面，本申请还提供了如前述实施方式的Ca2IrO4纳米棒的应用，例如将Ca2IrO4纳米棒用作催化剂。
在可选的实施方式中，Ca2IrO4纳米棒用于催化水电解阳极析氧反应。
本申请的有益效果包括：
本申请提供的Ca2IrO4纳米棒较目前的铱酸盐钙钛矿具有更高的长径比，使其不仅具有更高的电催化析氧性能，而且还具有较高的导电性。
通过以碳酸钠作为熔盐与铱盐前驱体、钙盐前驱体进行热处理，能够降低Ir物相与Ca物相结合的反应能垒，使得反应可在低温、短时间的条件下进行，进而有利于大规模制备Ca2IrO4纳米棒。此外，碳酸钠熔盐的存在能够显著提高Ca2IrO4纳米棒的长径比，从而暴露更多的催化活性面积，使Ca2IrO4纳米棒具有较高的析氧活性。
该Ca2IrO4纳米棒可用于催化水电解阳极析氧反应，有利于得到更多的氧气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的某些实施例，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。
图1为试验例1中实施例1所得的Ca2IrO4纳米棒的XRD物相组成图；
图2为试验例1中实施例3所得的Ca2IrO4纳米棒的透射电镜图；
图3为试验例1中实施例4所得的Ca2IrO4纳米棒的透射电镜图；
图4为试验例1中对比例3所得的Ca2IrO4纳米棒的透射电镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本申请提供的Ca2IrO4纳米棒及其制备方法与应用进行具体说明。
本申请提出了一种Ca2IrO4纳米棒，其长径比为2-20。
作为参考地，该Ca2IrO4纳米棒的长径比例如可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20等，也可以为2-20范围内的其它任意值。
需说明的是，目前铱酸盐钙钛矿通常呈类似于正方体的形貌，其长径比约为1左右。本申请提供的Ca2IrO4纳米棒较目前的铱酸盐钙钛矿具有更高的长径比，使其不仅具有更高的电催化析氧性能，而且还具有较高的导电性。
在一些实施方式中，Ca2IrO4纳米棒的长度可以为50nm-1000nm，如50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650mm、700mm、750mm、800mm、850mm、900mm、950mm或1000mm等，也可以为50nm-1000nm范围内的其它任意值。在此条件下，Ca2IrO4纳米棒的宽度只要满足Ca2IrO4纳米棒的长径比为2-20都可以。
在一些实施方式中，Ca2IrO4纳米棒的宽度可以为10nm-50nm，如10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm等，也可以为10nm-50nm范围内的其它任意值。在此条件下，Ca2IrO4纳米棒的长度只要满足Ca2IrO4纳米棒的长径比为2-20都可以。
在一些实施方式中，Ca2IrO4纳米棒的比表面积可以为50m2/g-100m2/g，如50m2/g、55m2/g、60m2/g、65m2/g、66m2/g、67m2/g、68m2/g、69m2/g、70m2/g、71m2/g、72m2/g、73m2/g、74m2/g、75m2/g、76m2/g、77m2/g、78m2/g、79m2/g、80m2/g、81m2/g、85m2/g、90m2/g、95m2/g或100m2/g等，也可以为50m2/g-100m2/g范围内的其它任意值。
在一些实施方式中，Ca2IrO4纳米棒的电导率可以为2.5S/cm-10S/cm，如2.5S/cm、3S/cm、3.5S/cm、4S/cm、4.5S/cm、5S/cm、5.5S/cm、6S/cm、6.5S/cm、7S/cm、7.5S/cm、8S/cm、8.5S/cm、9S/cm、9.5S/cm或10S/cm等，也可以为2.5S/cm-10S/cm范围内的其它任意值。
在一些实施方式中，Ca2IrO4纳米棒中Na元素含量可以为2at%-5at%，如2at%、2.5at%、3at%、3.5at%、4at%、4.5at%或5at%等，也可以为2at%-5at%范围内的其它任意值。
需说明的是，Ca2IrO4纳米棒中含有部分Na，由于Na+的半径小于Ca2+的半径，其可进入铱酸盐的A位（也即Ca2+所在位置），占据部分Ca2+的位置，而Na+呈+1价，Ca2+呈+2价，因此，基于物质电荷平衡原则，使得原来+4价的铱离子以+5价形式呈现，Ir5+较Ir4+具有更高的析氧活性，有利于提高Ca2IrO4纳米棒所具有的电催化析氧性能。
相应地，本申请还提供了上述Ca2IrO4纳米棒的制备方法，例如可包括以下步骤：将铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠进行球磨，得到球磨物料；将球磨物料进行热处理。
作为参考地，铱盐前驱体例如可包括、氯铱酸、三氯化铱、铱氯酸钾、铱氯酸钠、硝酸铱、十二羰基四铱中的至少一种，优选为铱氯酸。
钙盐前驱体例如可包括氯化钙、硝酸钙和醋酸钙中的至少一种，优选为氯化钙。
本申请中，碳酸钠对于Ca2IrO4的棒状形貌的形成有着直接影响。基于制备过程中碱性碳酸钠的参与，能够促进晶体朝着特定的晶面或晶相生长，具体的，促进晶体沿着轴向方向生长，从而形成棒状形貌。在一定程度上，碳酸钠也可起到分散剂的作用。
需说明的是，就本申请所提供的Ca2IrO4纳米棒而言，铱在纳米棒两端的密度较低（也即Ir在纳米棒长度方向上的密度高于其在纳米棒宽度方向上的密度），使得纳米棒的长度方向对应的表面所具有的活性高于宽度方向对应的表面所具有的活性，因此，高长径比较低长径比能够有效提升整体纳米棒的Ir原子利用效率，进而有利于提高Ca2IrO4纳米棒的电催化析氧性能。
作为参考地，铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠的摩尔比为0.002-0.005:0.02-0.2:0.05-0.5，如0.002:0.02:0.05、0.002:0.05:0.05、0.002:0.1:0.05、0.002:0.2:0.05、0.002:0.02:0.3、0.002:0.05:0.3、0.002:0.1:0.3、0.002:0.2:0.3、0.002:0.02:0.5、0.002:0.05:0.5、0.002:0.1:0.5、0.002:0.2:0.5、0.003:0.02:0.05、0.003:0.05:0.05、0.003:0.1:0.05、0.003:0.2:0.05、0.003:0.02:0.3、0.003:0.05:0.3、0.003:0.1:0.3、0.003:0.2:0.3、0.003:0.02:0.5、0.003:0.05:0.5、0.003:0.1:0.5、0.003:0.2:0.5、0.005:0.02:0.05、0.005:0.05:0.05、0.005:0.1:0.05、0.005:0.2:0.05、0.005:0.02:0.3、0.005:0.05:0.3、0.005:0.1:0.3、0.005:0.2:0.3、0.005:0.02:0.5、0.005:0.05:0.5、0.005:0.1:0.5或0.005:0.2:0.5等，也可以为0.002-0.005:0.02-0.2:0.05-0.5范围内的其它任意摩尔比，优选为0.002-0.005:0.02-0.2:0.1-0.5。
需说明的是，若碳酸钠的用量过少，所形成的Ca2IrO4纳米棒的长径比较小；若碳酸钠的用量过多，将生成电绝缘、析氧活性更低、催化稳定性更差的Na2IrO3。
作为参考地，球磨过程中使用的球料比（重量比）可以为5:1-20:1，如5:1、8:1、10:1、12:1、15:1、18:1或20:1等，也可以为5:1-20:1范围内的其它任意值。
在一些实施方式中，磨球可使用氧化锆，可通过不同尺寸的磨球混合，磨球的尺寸例如可以为5mm、8mm、10mm或15mm等；5mm的磨球可以为50个，8mm的磨球可以为9个，10mm的磨球可以为7个，15mm的磨球可以为5个。需说明的是，可根据实际需要对磨球的种类、数量等进行调整。
球磨的转速可以为300r/m-600r/m，如300r/m、350r/m、400r/m、450r/m、500r/m、550r/m或600r/m等，也可以为300r/m-600r/m范围内的其它任意值。上述转速可获得较佳的剪切力，有利于物质之间均匀混合。
球磨的时间可以为1h-10h，如1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等，也可以为1h-10h范围内的其它任意值。
在一些实施方式中，球磨过程中还加入有球磨助剂，球磨助剂示例性地可以为异丙醇、水、乙醇或乙二醇等，也可以采用其它可作为湿法球磨过程中球磨助剂的物质。
上述球磨助剂与碳酸钠的摩尔比可以为0.1-0.3:0.1-0.5，如0.1:0.1、0.1:0.2、0.1:0.3、0.1:0.4、0.1:0.5、0.2:0.1、0.2:0.2、0.2:0.3、0.2:0.4、0.2:0.5、0.3:0.1、0.3:0.2、0.3:0.3、0.3:0.4或0.3:0.5、等，也可以为0.1-0.3:0.1-0.5范围内的其它任意值。
通过在球磨过程中加入上述球磨助剂，有利于使热处理得到的物质具有较小的粒度，从而有利获得较高的比表面积。
示例性地，球磨可于行星式球磨机中进行，也不排除可在其它球磨装置中进行。
通过球磨，能够使铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠等原料物相分散，得到均匀混合，进而有利于在热处理过程中形成性能更好的产物。
本申请中，热处理的温度可以为400℃-900℃，如400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃或900℃等，也可以为400℃-900℃范围内的其它任意值，优选为400-800℃。
需说明的是，热处理的温度会直接影响纳米棒的长径，温度越高，结晶性越好，较高的温度条件下，能够具有额外的能量促进晶体发育，促进其沿某个晶面或晶相生长。若热处理的温度低于400℃，会使得纳米棒的长径比较低；若热处理的温度高于900℃，会导致纳米棒的尺寸过大，反而会降低其性能。
热处理过程中的升温速率可以为5℃/min-20℃/min，如5℃/min、8℃/min、10℃/min、12℃/min、15℃/min、18℃/min或20℃/min等，也可以为5℃/min-20℃/min范围内的其它任意值。
热处理的时间可以为0.2h-2.5h，如0.2h、0.5h、1h、1.5h、2h或2.5h等，也可以为0.2h-2.5h范围内的其它任意值，优选为0.5h-2h。
需说明的是，热处理的时间也会直接影响纳米棒的长径。若热处理的时间过短，会使得纳米棒的长径比较低；若热处理的时间过长，会导致纳米棒的尺寸过大，反而会降低其性能。
在上述热处理过程中，铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠均得以熔化，呈液态，这种反应环境更有利于钙离子和铱离子反应，形成较佳形貌的Ca2IrO4纳米棒。碳酸钠作为熔盐，钠离子可参与至合成的Ca2IrO4纳米棒的晶格之中，可对催化剂最终的性能起到增益效果。
作为参考地，上述热处理可在空气气氛下进行，其使用的设备可以为马弗炉。
在一些实施方式中，将球磨后的球磨物料先烘干后，再转移至热处理设备中进行热处理，热处理结束后，自然冷却即可。
进一步地，在热处理之后，还可包括：除去热处理产物中的碳酸钙。
在一些实施方式中，可将热处理产物浸泡于酸中以除去碳酸钙。所用酸示例性地可为盐酸、硫酸、硝酸、醋酸或磷酸等。酸的浓度示例性地可以为0.5mol/L-2mol/L，如0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L或2mol/L等，也可以为0.5mol/L-2mol/L范围内的其它任意值。浸泡时间例如可不低于0.5h。
浸泡结束后，用水洗涤固体，将固体烘干即可。
承上，本申请通过以碳酸钠作为熔盐与铱盐前驱体、钙盐前驱体进行热处理，能够降低Ir物相与Ca物相结合的反应能垒，使得反应可在低温、短时间的条件下进行，进而有利于大规模制备Ca2IrO4纳米棒。此外，碳酸钠熔盐的存在能够显著提高Ca2IrO4纳米棒的长径比，从而暴露更多的催化活性面积，使Ca2IrO4纳米棒具有较高的析氧活性。
此外，本申请还提供了上述Ca2IrO4纳米棒的应用，例如可将其用作催化剂。
在一些实施方式中，Ca2IrO4纳米棒可用于催化水电解阳极析氧反应，有利于得到更多的氧气。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种Ca2IrO4纳米棒，其制备方法如下：
将氯铱酸、氯化钙和碳酸钠按照摩尔比为1:10:50的比例进行混合，加入异丙醇（异丙醇与碳酸钠的摩尔比为0.2:0.3）作为湿磨助剂，在行星式球磨机中，于球料比为8:1（磨球为多种尺寸级别的氧化锆磨球，50个5mm的，9个8mm的，7个10mm的，5个15mm的），转速为400r/m的条件下球磨2h。
将球磨产物烘干后转移至马弗炉中，在空气气氛下，于700℃的条件下热处理1h（热处理过程中的升温速率为10℃/min）。热处理结束后，自然冷却。
将热处理得到的产物以1mol/L的盐酸浸泡1h，随后用去离子水冲洗除去残留的盐酸，烘干后得到纯的物相（Ca2IrO4纳米棒）。
所得的Ca2IrO4纳米棒的长径比为5-10。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：氯铱酸、氯化钙与碳酸钠的摩尔比为1:10:200。
所得的Ca2IrO4纳米棒的长径比为8-15。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：热处理温度为800℃，热处理时间2h。
所得的Ca2IrO4纳米棒的长径比为12-20。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：热处理温度为600℃。
所得的Ca2IrO4纳米棒的长径比为2-8。
实施例5
本实施例提供一种Ca2IrO4纳米棒，其制备方法如下：
将三氯化铱、硝酸钙和碳酸钠按照摩尔比为0.002:0.2:0.5的比例进行混合，加入异丙醇（异丙醇与碳酸钠的摩尔比为0.1:0.1）作为湿磨助剂，在行星式球磨机中，于球料比为5:1（磨球为多种尺寸级别的氧化锆磨球，50个5mm的，9个8mm的，7个10mm的，5个15mm的），转速为300r/m的条件下球磨10h。
将球磨产物烘干后转移至马弗炉中，在空气气氛下，于400℃的条件下热处理2h（热处理过程中的升温速率为5℃/min）。热处理结束后，自然冷却。
将热处理得到的产物以0.5mol/L的醋酸浸泡1h，随后用去离子水冲洗除去残留的醋酸，烘干后得到纯的物相（Ca2IrO4纳米棒）。
实施例6
本实施例提供一种Ca2IrO4纳米棒，其制备方法如下：
将铱氯酸钾、醋酸钙和碳酸钠按照摩尔比为0.003:0.1:0.3的比例进行混合，加入异丙醇（异丙醇与碳酸钠的摩尔比为0.3:0.5）作为湿磨助剂，在行星式球磨机中，于球料比为20:1（磨球为多种尺寸级别的氧化锆磨球，50个5mm的，9个8mm的，7个10mm的，5个15mm的），转速为600r/m的条件下球磨1h。
将球磨产物烘干后转移至马弗炉中，在空气气氛下，于800℃的条件下热处理0.5h（热处理过程中的升温速率为20℃/min）。热处理结束后，自然冷却。
将热处理得到的产物以2mol/L的硫酸浸泡1h，随后用去离子水冲洗除去残留的硫酸，烘干后得到纯的物相（Ca2IrO4纳米棒）。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于：热处理的温度为900℃。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于：热处理的时间为0.2h。
实施例9
本实施例与实施例1的区别在于：热处理的时间为2.5h。
实施例10
本实施例与实施例1的区别在于：氯铱酸、氯化钙和碳酸钠的摩尔比为1:10:25。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：氧化铱、碳酸钙与氯化钠的摩尔比为1:1:50。热处理温度为1100℃，热处理时间8h。
所得产物的长径比为1.0-1.2，粒径为500-1000nm。
对比例2
本对比例提供了一种Ca2IrO4，其制备方法如下：
将氯铱酸、硝酸钙、柠檬酸、水和乙二醇按照摩尔比为1:5:10:5:10的比例进行液相混合，超声后于150℃下烘干。干燥产物置于马弗炉中，热处理温度为700℃，升温速率3℃/min，热处理时间8h。待自然冷却后，产物以1mol/L的盐酸浸泡1h，去离子水洗涤、烘干得到纯的物相。
所得产物的长径比为1.0-1.2，粒径为10-100nm。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于：以氢氧化钠代替碳酸钠。
所得产物的长径比为1-1.5，粒径为20-30nm。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于：热处理的温度为300℃。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于：球磨过程中未加入球磨助剂。
对比例6
本对比例与实施例1的区别在于：氯铱酸、氯化钙和碳酸钠的摩尔比为1:10:400。
试验例1
①、对实施例1所得的Ca2IrO4纳米棒进行物相表征，其XRD物相组成如图1所示。
由图1可以看出：实施例1制得的Ca2IrO4纳米棒的谱图与标准PDF卡片74-0086匹配，可见其物相组成为铱酸钙，且杂质较少。
②、对实施例3-4以及对比例3得到的Ca2IrO4分别进行微观形貌表征，其结果分别如图2至图4所示。
由图2至图4可以看出：实施例3和实施例4制备得到的Ca2IrO4较对比例3制备得到的Ca2IrO4具有更高的长径比，说明Na2CO3熔盐的存在能够显著提高Ca2IrO4纳米棒的长径比，从而暴露更多的催化活性面积。
试验例2
对实施例1-10以及对比例1-6所得的Ca2IrO4进行长径比、比表面积等测定，其结果如表1所示。
表1测定结果
试验例3
将实施例1-10以及对比例1-6制得的Ca2IrO4纳米棒作为催化剂，分别测试其所具有的电化学析氧性能，具体测试步骤如下：
催化电极制备：
配置成分为30mL无水乙醇、10mL去离子水和31mg 5wt%的Nafion溶液的混合液，吸取2mL混合液与8mg的催化剂（Ca2IrO4纳米棒）混合，150W超声波下室温分散20min以获得均匀的催化剂绿色“墨水”。随后移液枪吸取10μL墨水，滴加到洁净的玻碳电极表面（Φ=5mm），自然风干后得到工作电极。
析氧性能测试：
本申请中所有电化学表征均使用CHI730E电化学站（上海辰华）。工作电极、参比电极及对电极分别为负载40μg催化剂的旋转圆盘电极（美国Pine公司）、饱和Hg2SO4电极以及Pt片，电解液为0.1mol/L的高氯酸溶液。电化学测试所得电位均以可逆氢电极（RHE）进行归一化处理。以电势范围1.2-1.6V间的极化曲线（扫描速度10mV/s）上对应电流密度10mA/cm2处的电位和理论产氧电位（1.23V）之间差值的大小作为评价催化剂活性的依据，其结果如表2所示。
表2 过电位结果
由表2可以看出：对比例3提供的催化剂，在长径比仅为1-2的情况下，半电池过电位为274mV；而实施例1-4提供的催化剂，随着Ca2IrO4纳米棒长径比增大，其半电池析氧活性越强，其中长径比达12-20的催化剂，其半电池过电位降低到258mV。而由高温固相合成技术（对应对比例1）以及硝酸盐燃烧法（对应对比例2）制备得到的Ca2IrO4，由于不存在Na+的掺杂，且长径比较低，整体过电位较高。
实施例9中热处理时间较长，催化剂尺寸偏大，单位质量活性较其它实施例降低。
对比例3无法得到棒状结构，单位质量催化剂活性面积不足，过电位较高。
对比例4虽然过电位不太高，但其得到的产物为非晶态的IrOx（x=0-2），催化稳定性差，而本申请实施例得到的产物为Ca2IrO4，能够在过电位较低的同时维持稳定的催化性能。
综上所述，本申请提供的Ca2IrO4纳米棒具有较高的长径比，使得其具有较高的电催化析氧性能和导电性。利用碱盐辅助熔融盐法制备该Ca2IrO4纳米棒，相对于高温固相法或硝酸盐燃烧法具有合成温度更低、反应时间更短、产物长径比可调的优点。该纳米棒可用作催化剂催化水电解阳极析氧反应。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Ca2IrO4纳米棒，其特征在于，所述Ca2IrO4纳米棒的长径比为2-20；
所述Ca2IrO4纳米棒还具有以下特征中的至少一种：
特征一：所述Ca2IrO4纳米棒的长度为50nm-1000nm；
特征二：所述Ca2IrO4纳米棒的宽度为10nm-50nm；
特征三：所述Ca2IrO4纳米棒的比表面积为50m2/g-100m2/g；
特征四：所述Ca2IrO4纳米棒的电导率为2.5S/cm-10S/cm；
特征五：所述Ca2IrO4纳米棒中Na元素含量为2at%-5at%。
2.一种如权利要求1所述的Ca2IrO4纳米棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铱盐前驱体、钙盐前驱体以及碳酸钠进行球磨，得到球磨物料；将所述球磨物料进行热处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铱盐前驱体包括氯铱酸、三氯化铱、铱氯酸钾、铱氯酸钠、硝酸铱、十二羰基四铱中的至少一种；
或，所述钙盐前驱体包括氯化钙、硝酸钙和醋酸钙中的至少一种；
或，所述铱盐前驱体、所述钙盐前驱体以及所述碳酸钠的摩尔比为0.002-0.005:0.02-0.2:0.05-0.5。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铱盐前驱体为铱氯酸。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钙盐前驱体为氯化钙。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，球磨过程包括以下特征中的至少一种：
特征一：球料比为5:1-20:1；
特征二：转速为300r/m-600r/m；
特征三：球磨时间为1h-10h；
特征四：球磨过程中还加入有球磨助剂，所述球磨助剂与所述碳酸钠的摩尔比为0.1-0.3:0.1-0.5；
特征四：球磨是于行星式球磨机中进行。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，热处理过程包括以下特征中的至少一种：
特征一：热处理温度为400℃-900℃；
特征二：升温速率为5℃/min-20℃/min；
特征三：热处理时间为0.2h-2.5h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，还包括：除去热处理得到的产物中的碳酸钙。
9.一种如权利要求1所述的Ca2IrO4纳米棒的应用，其特征在于，所述Ca2IrO4纳米棒用作催化剂。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述Ca2IrO4纳米棒用于催化水电解阳极析氧反应。
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2023
- 2023-07-07 CN CN202310826898.7A patent/CN116553634B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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