CN117187870A - 用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，涉及电解水制氢的技术领域，制备方法为：S1.将氯铱酸、非贵金属M与OH‑反应形成离子螯合产物；S2.离子螯合产物与硝酸盐混合、反应，获得催化剂前驱体粉末；S3.将催化剂前驱体粉末进行煅烧处理，制得IrMOx催化剂初产品；S4.对初产品进行脱合金化处理，制得具有核壳结构的多孔IrMOx催化剂，多孔IrMOx催化剂的壳体结构为不含非贵金属M的多孔富Ir氧化态外壳，核体结构为IrM合金氧化物颗粒。采用上述方法制得的多孔IrMOx催化剂具有优异的催化活性且生产成本得到有效控制。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢的技术领域，具体涉及一种用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法。
背景技术
随着全球经济和人口的不断增长，人类社会对能源消耗日渐增大。传统化石能源在社会发展过程中起到了巨大的作用。然而，化石能源由于其自身的不可再生特性，其储量正逐渐减少。以煤、石油和天然气为代表的化石燃料使用已经成为环境污染和气候变化的主要原因之一。氢能作为一种清洁、可再生、可长期储存的能源，被认为是未来能源转型的重要选择之一。氢能具有较高的质量能量密度，可以有效地减少二氧化碳等温室气体的排放，缓解气候变化问题。随着技术的不断进步和规模效应，氢能技术和成本正处于不断获得突破，越来越接近商业化阶段，特别是以“氢电耦合”并入智慧电网的发电模式正逐渐成熟。在我国，氢能可以通过多种途径获取，如水电解、煤制氢、天然气重整、生物质制氢等，具有多元化的来源，是一种应用出口丰富的化工产品。在各种制取氢气的方法中，水电解制氢在生产过程中不会产生污染物，无温室气体参与，属于绿色环保的产氢方法，具有良好的发展前景。
电解水制氢中使用的催化剂主要是铂族金属和IrOx等金属氧化物。由于酸性环境中阴极反应动力学较快，限制电解水制氢的效率和功率的主要因素为阳极催化剂。然而，阳极IrOx催化剂因其成本昂贵、活性较差，一直是制约PEM电解水制氢商业化应用的难题。近年来学者们对IrOx催化剂进行了研究，以提高其催化活性和稳定性。例如，一些研究表明，利用二维材料、碳纳米管、TiOx等助催化剂载体来支撑IrOx催化剂，以提高其催化效率和稳定性。一些新型材料如锰基催化剂、硫化铁基催化剂等，也被发现具有优异的催化性能，为电解水制氢提供了新的发展方向。
目前，IrOx催化剂主要应用于小规模实验室试验和单个电解池的商业化生产中，而在大规模应用中(如工业生产和能源系统应用等)，催化剂的成本仍然制约其商业化应用。总之，近年来IrOx催化剂在电解水制氢中的研究取得了显著进展，通过调节其晶体结构、组成和形貌等方式，能够提高催化活性和稳定性。对于下一代铱基阳极催化剂，应进一步探索新型IrOx基催化剂及其合成方法，并与其他材料相结合制备单电池，以实现更加高效、经济和可持续的绿色电解水制氢技术。
综上所述，虽然研究人员已经取得了一定的进展，但是在实际应用中仍需平衡活性和成本的难题，如何在提升催化剂活性的同时降低其成本，是推动PEM电解水制氢商业化发展的重要研究课题。因此，面向酸性环境电解水的高活性低铱催化剂亟待研究。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，解决了现有IrOx基催化剂催化活性低、制备成本高的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.将氯铱酸与非贵金属M置于弱碱性的水相溶液中进行分散、配位和螯合，Ir与M均与OH-反应形成离子螯合产物；
S2.向S1的体系中加入硝酸盐，离子螯合产物与硝酸盐混合，加热使体系发生反应，反应式为：
Ir4++4NO3 -→Ir(NO3)4↓
反应结束后保温处理直至溶剂被蒸干，获得催化剂前驱体粉末，该催化剂前驱体包括Ir4+、Mx+与OH-形成的络合物和硝酸钠盐的多物相混合物；
S3.将催化剂前驱体进行煅烧处理，使其充分氧化、结晶，在煅烧过程中，非贵金属M与Ir会在高温下形成IrM合金相态，将煅烧产物充分研磨，并进行洗涤处理，制得IrMOx催化剂初产品；
S4.使用酸性溶液对上述S3中的IrMOx催化剂初产品进行脱合金化处理，即溶解IrMOx催化剂初产品表面的非贵金属M，使初产品表面的Ir充分暴露，脱合金处理后对产品进行水洗，制得具有核壳结构的多孔IrMOx催化剂，该多孔IrMOx催化剂的壳体结构为不含非贵金属M的多孔富Ir外壳，核体结构为IrM合金氧化物颗粒。
需要说明的是，金属态的IrCu合金颗粒核体结构具有优异的导电性，富铱壳体具有丰富的催化活性位点，并不是所有金属都会与O配位，因此，IrMOx催化剂中的x代表了O元素配位的不确定性，不代表具体数值，为通用表达形式。
优选地，在步骤S1中，所述弱碱性环境由NH3·H2O按照摩尔比(n NH3·H2O)：(n氯铱酸)＝100：1～50：1进行调控。
优选地，在步骤S1中，所述离子分散、配位和螯合时间为2～10h。
优选地，在步骤S1中，所述非贵金属M为Cu、Fe、Mn、Co、Ni中的一种或多种。
优选地，在步骤S2中，所述硝酸盐为NaNO3、KNO3、Ca(NO3)2中的一种或多种。
优选地，在步骤S2中，所述蒸干溶剂时的温度为50℃～100℃。
优选地，在步骤S3中，所述催化剂前驱体煅烧时的温度为300℃～500℃。
优选地，在步骤S3中，所述催化剂前驱体的煅烧时间为2～10h。
优选地，在步骤S4中，所述酸性溶液为HClO4、HCl、HNO3、H2SO4中的一种或多种。
(三)有益效果
本发明提供了一种用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明的制备方法将非贵金属M与IrOx基催化剂结合，制成IrMOx催化剂，与传统IrOx基催化剂材料相比，在催化剂暴露相同活性位点的条件下，IrMOx催化剂中铱的用量大幅减少，有利于大幅降低电解水制氢过程中阳极电极的生产成本；
2、本发明制备的IrMOx催化剂具有核壳结构，在煅烧处理过程中，非贵金属M与金属Ir会形成IrM合金相态，该步骤制备出的IrMOx催化剂初产品还不具有核壳结构，在脱合金化处理步骤，使用酸性溶液溶解IrMOx催化剂初产品表面的非贵金属M，但溶解不了Ir，所以Ir会暴露出来，初产品内部的非贵金属M由于受到富Ir壳体的保护而不被酸性溶液溶解，内部的核体仍然是IrM合金氧化物颗粒，因此形成表面富Ir、核体为IrM合金的核壳结构IrMOx催化剂。在脱合金化过程中，壳体表面形成尽可能多的活性位点以及孔道结构，活性位点能够提供大量的析氧反应位点，孔道结构有利于增加催化剂的电化学活性面积，从而大幅度提升IrMOx催化剂的催化活性；核体非贵金属M的掺杂有利于调变和优化壳体表面Ir原子的电子结构和应变效应，从而提升Ir位点的本征催化活性。因此，本发明制备的具有核壳结构的IrMOx催化剂具有更为优异的催化活性，且制备成本更低；
3、本发明的制备方法除了使用氯铱酸试剂外，未使用较为贵重、复杂的溶剂和原料，有利于实现低成本、大规模、批量化生产，在合成过程中未采用油相溶剂，可以得到微观表面洁净的催化剂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明实施例中IrMOx催化剂的制备流程图；
图2为本发明实施例1所制备的IrCuOx的透射电子显微镜图像；
图3为本发明实施例1所制备的IrCuOx的X射线衍射谱图；
图4为本发明实施例1制备的IrCuOx和商业IrO2的OER极化曲线对比图；
图5为本发明实施例1制备的IrCuOx的加速循环老化测试稳定性结果图。
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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例通过提供一种用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，解决了现有IrOx基催化剂催化活性低、制备成本高的问题，制备了具有壳核结构的IrMOx催化剂，该催化剂壳体为具有多孔、多反应位点的富铱外壳，核体为有利于调变和优化壳体表面Ir原子的电子结构和应变效应的IrM合金氧化物颗粒。
在设计本发明技术方案时，发明人的技术构思为：
现有OER电催化剂IrOx的性能在很大程度上受到形态、晶体结构和局部电子结构的影响。通过合金化可以改变Ir的电子结构，从而影响Ir对氢氧根的吸附能，从而有效地提高酸性条件下催化剂的OER活性。此外，具有多孔结构和高表面积的Ir合金材料通常具有出色的OER活性和稳定性，这归因于不稳定的Cu或其他非贵金属的浸出作用，从而形成了富Ir表面。在脱合金化处理后，颗粒表面被还原的合金元素(例如Cu和Ni)会被氧化溶解，因此颗粒变成表面为Ir富集的凹陷纳米片，可以大幅的提升电化学活性面积。
基于以上思路，本发明通过掺杂非贵金属进入催化剂中，一方面可以显著降低Ir的用量，另一方面增强Ir的催化活性。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例中使用的原材料均购买自合作厂家。
实施例1：
本实施例的合成技术路线如图1所示。
本实施例以Cu作为掺杂的非贵金属元素进行说明。
用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1.以洁净的150mL锥形瓶作为反应容器，在室温(25℃)条件下，使用电子天平称取274.6mg氯铱酸(铱含量≥39％，MW:406.95)和相同摩尔量(0.67mM)的三水合硝酸铜至150mL锥形瓶中，其中Ir和Cu的摩尔比为1:1。随后加入40mL超纯水使氯铱酸和硝酸铜溶解，然后在搅拌状态下逐滴加入氨水5.04mL，持续搅拌3h。
搅拌步骤的作用是确保OH-与Ir4+、Cu2+充分螯合。在搅拌过程中，氨水充当IrO2、CuO螯合过程中的造孔剂，摩尔比(n NH3·H2O):(n氯铱酸)＝100:1，此步骤可增大电催化过程中的反应面积、提升催化活性；
步骤2.将步骤1中盐溶液维持500rpm搅拌状态，并在搅拌过程中加入4.072g硝酸钠粉末，持续搅拌1h使其充分溶解。硝酸钠粉末充当IrO2、CuO形成过程中的氧化剂和造孔剂；
步骤3.将步骤2中的盐溶液置于油浴中进行加热，将反应体系温度升至80℃，在此过程中溶液由淡绿色变为紫黑色。打开锥形瓶瓶盖，在该温度下保持5h，将锥形瓶内液体全部蒸干，得到固体紫黑灰色粉末，即为催化剂前驱体，将粉末收集后放入瓷舟中；
步骤4.取装有催化剂前驱体样品的瓷舟，置于管式炉中对前驱体样品进行煅烧，煅烧气氛为空气，气速设定为100sccm，升温速率设定为5℃/min，煅烧温度设定为380℃，煅烧时间设定为120min，使产品充分氧化、结晶。在煅烧过程中，Ir与Cu会形成IrCu合金相态。
煅烧完成后自然降温，得到黑色块状固体，将其收集并使用玛瑙研钵捣碎，使用约50mL的水和乙醇的1:1混合溶液对材料进行超声再分散，超声时间为6h。将黑色悬浮液倒入抽滤杯中进行抽滤操作，同时加入大量的纯净水洗涤材料，使未反应的硝酸钠充分溶解，将洗涤完成的粉末置于0.1M HClO4溶解中搅拌12h，随后再次使用超纯水将材料洗涤，并在50℃烘箱内烘干、储存、待用，制得具有核壳结构的IrCuOx催化剂。
需要说明的是，金属态的IrCu合金颗粒核体结构具有优异的导电性，富铱壳体具有丰富的催化活性位点，并不是所有金属都会与O配位，因此，IrMOx催化剂中的x代表了O元素配位的不确定性，不代表具体数值，为通用表达形式。
步骤5.对制得的IrCuOx催化剂进行形貌表征。如图2所示，在透射电子显微镜(TEM)视野中明显地观察到IrCuOx由衬度不同的小颗粒组成，小颗粒聚集形成较大的片状结构，TEM表征结果证明本发明所合成的IrCuOx为多孔颗粒组装形成的纳米片结构。通过TEM透射电子显微镜可以看出，本发明合成的IrCuOx纳米颗粒形貌均一，颗粒之间分界较为明显且具有较多的孔隙，粒径约在2～5nm之间，这些孔隙可以使得Ir的比表面积变大，从而有利于提升电化学活性面积，提升电极活性。同时在TEM电镜下面没有观察到衬度特别大的纳米颗粒，代表IrCuOx纳米颗粒没有出现过厚团聚，从而使得材料较为容易分散成浆料，这有利于在刮涂或者膜电极(MEA)喷涂过程中的加工和涂覆。另外，和商业IrO2比较可以得知，IrCuOx纳米颗粒具有更小的颗粒尺寸，这归因于Cu的掺杂导致了Ir表面能的降低，从而在合成时不易团聚，从而获得了比商业材料更加充分的Ir原子利用率。
综上所述，从结构上来说，多孔纳米片状结构有利于暴露更多的Ir基位点，有利于提升电催化剂的电化学活性面积，从而提升Ir的利用率，降低催化剂的整体生产成本。按照铱投料成本计算，在生产相同载量的阳极催化剂前提下，使用本发明所提出的制备方法，催化剂的成本可以下降28％。
步骤6.对制得的IrCuOx催化剂进行结构表征。如图3所示，使用X射线衍射(XRD)对IrCuOx进行体相晶体结构分析，IrCuOx在37、35、40、54°出现了明显的衍射峰，这与IrO2PDF#43-1019标准卡片相符合，表明本发明所合成的IrCuOx体相结构与IrO2相接近。
步骤7.在三电极体系下，对所得的IrCuOx催化剂进行电化学性能分析。使用旋转圆盘电极(φ＝5mm)，碳棒作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，对所合成和商业IrO2材料进行OER性能测试，电解质环境为0.1M HClO4，RDE转速为1600rpm，电解质为O2饱和气氛。如图4极化曲线所示，在电极上催化剂担载量更少的情况下(约196μgIr cm-2)，IrCuOx材料展示除了更良好的OER活性，其中10mA cm-2电流密度对应的过电位仅为230mV，超越目前晟尔诺科技公司所售商业IrCuOx的OER活性(其过电位约为279mV，超越了49mV)，表明本方法所合成出的IrCuOx具有优异的本征催化活性。Cu的引入可以有效的调节Ir的电子结构，进而减缓Ir的溶解，有利于提升材料的稳定性。本发明专利将优化好的IrCuOx材料在半电池中进行加速循环老化测试(Accelerate Durability Test)，在循环扫描2000圈以后，如图5所示，10mA cm-2电流密度对应的电位为1.49V(vs.RHE)，其过电位为260mV，相对最开始衰减了30mV，表明催化剂稳定性良好。
实施例2：
本实施例的合成技术路线如图1所示。
本实施例以Ni作为掺杂的非贵金属元素进行说明。
用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1.以洁净的150mL锥形瓶作为反应容器，在室温(25℃)条件下，使用电子天平称取274.6mg氯铱酸(铱含量≥39％，MW:406.95)和相同摩尔量(0.67mM)的六水合硝酸镍至150mL锥形瓶中，其中Ir和Ni的摩尔比为1:1。随后加入40mL超纯水使将氯铱酸和硝酸镍溶解，然后在搅拌状态下逐滴加入氨水5.04mL，持续搅拌3h。
搅拌步骤的作用是保证OH-与Ir4+、Ni+充分螯合。在搅拌过程中，氨水充当IrO2、Ni2O螯合过程中的造孔剂，摩尔比(n NH3·H2O):(n氯铱酸)＝50:1，此步骤可增大电催化过程中的反应面积、提升催化活性；
步骤2.将步骤1中盐溶液维持500rpm搅拌状态，并在搅拌过程中加入4.072g硝酸钠粉末，持续搅拌1h使其充分溶解。硝酸钠粉末充当IrO2、Ni2O形成过程中的氧化剂和造孔剂；
步骤3.将步骤2中的盐溶液置于油浴中进行加热，将反应体系温度升至80℃，在此过程中溶液由淡绿色变为紫黑色。打开锥形瓶瓶盖，在该温度下保持5h，将锥形瓶内液体全部蒸干，得到固体紫黑灰色粉末，即催化剂前驱体，将粉末收集后放入瓷舟中；
步骤4.取装有前驱体样品的瓷舟，置于管式炉中对前驱体样品进行煅烧，煅烧气氛为空气，气速设定为100sccm，升温速率设定为5℃/min，煅烧温度设定为380℃，煅烧时间设定为120min。在煅烧过程中，Ir与Ni会形成IrNi合金相态。
煅烧完成后自然降温，得到黑色块状固体，将其收集并使用玛瑙研钵捣碎，使用约50mL的水和乙醇的1:1混合溶液对材料进行超声再分散后，超声时间为6h，将黑色悬浮液倒入抽滤杯中进行抽滤操作，同时加入大量的纯净水洗涤材料，使未反应的硝酸钠充分溶解，使用0.1M HCl对催化剂进行酸浸12h脱合金处理，随后使用大量的超纯水将HCl洗涤干净，并将洗涤完成的粉末在50℃烘箱内烘干、储存、待用，最终制得具有核壳结构的IrNiOx催化剂。
实施例3
本实施例的合成技术路线如图1所示。
本具体实施例以Co作为掺杂的非贵金属元素进行说明。
步骤1.以洁净的150mL锥形瓶作为反应容器，在室温(25℃)条件下，使用电子天平称取274.6mg氯铱酸(铱含量≥39％，MW:406.95)和相同摩尔量(0.67mM)的六水合硝酸钴至150mL锥形瓶中，其中Ir和Co的摩尔比为1:1。随后加入40mL超纯水使将氯铱酸和硝酸钴溶解，然后在搅拌状态下逐滴加入氨水5.04mL，持续搅拌3h。
搅拌步骤的作用是保证OH-与Ir4+、Co2+充分螯合。在搅拌过程中，氨水充当IrO2、CoO螯合过程中的造孔剂，摩尔比(n NH3·H2O):(n氯铱酸)＝50:1，此步骤可增大电催化过程中的反应面积、提升催化活性。
步骤2.将步骤1中盐溶液维持500rpm搅拌状态，并在搅拌过程中加入4.072g硝酸钠粉末，持续搅拌1h使其充分溶解。硝酸钠粉末充当IrO2、CoO形成过程中的氧化剂和造孔剂。
步骤3.将步骤2中的盐溶液置于油浴中进行加热，将反应体系温度升至80℃，在此过程中溶液由淡绿色变为紫黑色。打开锥形瓶瓶盖，在该温度下保持5h，将锥形瓶内液体全部蒸干，得到固体紫黑灰色粉末，即催化剂前驱体，将粉末收集后放入瓷舟中。
步骤4.取若干装有前驱体样品的瓷舟，置于管式炉中对前驱体样品进行煅烧，煅烧气氛为空气，气速设定为100sccm，升温速率设定为5℃/min，煅烧温度设定为380℃，煅烧时间设定为120min，煅烧过程中，Ir与Co会形成IrCo合金相态。
煅烧完成后自然降温，得到黑色块状固体，将其收集并使用玛瑙研钵捣碎，使用约50mL的水和乙醇的1:1混合溶液对材料进行超声再分散后，超声时间为6h，将黑色悬浮液倒入抽滤杯中进行抽滤操作，同时加入大量的纯净水洗涤材料，使未反应的硝酸钠充分溶解。使用0.1M HNO3溶液对催化剂进行脱合金处理12h，随后使用大量超纯水清洗催化剂至滤液至中性。将洗涤完成的粉末在50℃烘箱内烘干、储存、待用，最终制得具有核壳结构的IrNiOx催化剂。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明的制备方法将非贵金属M与IrOx基催化剂结合，制成IrMOx催化剂，与传统IrOx基催化剂材料相比，在催化剂暴露相同活性位点的条件下，IrMOx催化剂中铱的用量大幅减少，有利于大幅降低电解水制氢过程中阳极电极的生产成本；
2、本发明制备的IrMOx催化剂具有核壳结构，在煅烧处理过程中，非贵金属M与金属Ir会形成IrM合金相态，该步骤制备出的IrMOx催化剂初产品还不具有核壳结构，在脱合金化处理步骤，使用酸性溶液溶解IrMOx催化剂初产品表面的非贵金属M，但溶解不了Ir，所以Ir会暴露出来，初产品内部的非贵金属M由于受到富Ir壳体的保护而不被酸性溶液溶解，内部的核体仍然是IrM合金氧化物颗粒，因此形成表面富Ir、核体为IrM合金的核壳结构IrMOx催化剂。在脱合金化过程中，壳体表面形成尽可能多的活性位点以及孔道结构，活性位点能够提供大量的析氧反应位点，孔道结构有利于增加催化剂的电化学活性面积，从而大幅度提升IrMOx催化剂的催化活性；核体非贵金属M的掺杂有利于调变和优化壳体表面Ir原子的电子结构和应变效应，从而提升Ir位点的本征催化活性。因此，本发明制备的具有核壳结构的IrMOx催化剂具有更为优异的催化活性，且制备成本更低；
3、本发明的制备方法除了使用氯铱酸试剂外，未使用较为贵重、复杂的溶剂和原料，有利于实现低成本、大规模、批量化生产，在合成过程中未采用油相溶剂，可以得到微观表面洁净的催化剂。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.将氯铱酸与非贵金属M置于弱碱性的水相溶液中进行分散、配位和螯合，Ir与M均与OH-反应形成离子螯合产物；
S2.向S1的体系中加入硝酸盐，离子螯合产物与硝酸盐混合，加热使体系发生反应，反应结束后保温处理直至溶剂被蒸干，获得催化剂前驱体粉末；
S3.将催化剂前驱体粉末进行煅烧处理，使其充分氧化、结晶，在煅烧过程中，非贵金属M与Ir会在高温下形成IrM合金相态；将煅烧产物充分研磨，并进行洗涤处理，制得IrMOx催化剂初产品；
S4.使用酸性溶液对上述S3中的IrMOx催化剂初产品进行脱合金化处理，即溶解IrMOx催化剂初产品表面的非贵金属M，使初产品表面的Ir充分暴露，脱合金处理后对产品进行水洗，制得具有核壳结构的多孔IrMOx催化剂，所述多孔IrMOx催化剂的壳体结构为不含非贵金属M的多孔富Ir氧化态外壳，核体结构为IrM合金氧化物颗粒。
2.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述弱碱性环境由NH3·H2O按照摩尔比(n NH3·H2O)：(n氯铱酸)＝100：1～50：1进行调控。
3.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述离子分散、配位和螯合时间为2～10h。
4.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述非贵金属M为Cu、Fe、Mn、Co、Ni中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述硝酸盐为NaNO3、KNO3、Ca(NO3)2中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述蒸干溶剂时的温度为50℃～100℃。
7.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述催化剂前驱体煅烧时的温度为300℃～500℃。
8.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述催化剂前驱体的煅烧时间为2～10h。
9.如权利要求1所述的用于水电解制氢的低铱催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述酸性溶液为HClO4、HCl、HNO3、H2SO4中的一种或多种。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117187870B (zh) | 2024-05-28 |
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