RU2394646C1 - Method of preparing nanostructured catalyst for water electrolysis - Google Patents
Method of preparing nanostructured catalyst for water electrolysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394646C1 RU2394646C1 RU2009104756/04A RU2009104756A RU2394646C1 RU 2394646 C1 RU2394646 C1 RU 2394646C1 RU 2009104756/04 A RU2009104756/04 A RU 2009104756/04A RU 2009104756 A RU2009104756 A RU 2009104756A RU 2394646 C1 RU2394646 C1 RU 2394646C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- compounds
- carbon
- carried out
- added
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к каталитической химии, а именно к способам получения анодных катализаторов на основе оксида иридия и рутения, предназначенных для использования в электролизерах с твердым полимерным электролитом.The invention relates to catalytic chemistry, and in particular to methods for producing anode catalysts based on iridium oxide and ruthenium, intended for use in electrolytic cells with a solid polymer electrolyte.
Определяющими характеристиками окисных систем являются высокая удельная активная рабочая поверхность (поверхность частиц катализатора, имеющего электрический контакт с внешним токоподводом - коллектором тока, доступная для реагентов), хорошая электронная проводимость, каталитическая активность, высокая коррозионная стойкость, минимальный расход благородных металлов.The defining characteristics of oxide systems are a high specific active working surface (the surface of catalyst particles that are in electrical contact with an external current supply - current collector, accessible for reagents), good electronic conductivity, catalytic activity, high corrosion resistance, and minimal consumption of precious metals.
Известны различные способы получения наноструктурных катализаторов на основе оксидов металлов, предполагающие как получение частиц металла с их последующим окислением, так и непосредственный синтез частиц оксидов.Various methods are known for producing nanostructured catalysts based on metal oxides, which involve both the preparation of metal particles with their subsequent oxidation and the direct synthesis of oxide particles.
В патенте США №6686308 «Supported nanoparticle catalyst» (опубл. 03.02.2004, B01J 21/18) описан метод синтеза наноструктурного катализатора на основе металлов платиновой группы на углеродном носителе. Хлориды одного или более металлов растворяли в воде с этиленгликолем, получали коллоидную суспензию каталитических металлических частиц путем повышения рН раствора до 10 или выше и его нагревании до 125°С, затем добавляли углеродный носитель и осаждали металлические частицы катализатора на носитель путем уменьшения рН до 6,5 или ниже. Катализатор фильтровали, отмывали большим количеством деионизированной воды и сушили. При использовании такого катализатора на аноде электролизера металлы превращались в оксиды. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет синтезировать смешанные оксиды заданного фазового состава, обеспечивающие высокую активность и стабильность работы анода, высокое содержание углеродного носителя (более 10%) приводит к тому, что под действием анодных токов углерод в каталитическом слое выгорает, это ведет к потере контакта между частицами металла и падению характеристик катализатора.In US patent No. 6686308 "Supported nanoparticle catalyst" (publ. 03.02.2004, B01J 21/18) describes a method for the synthesis of a nanostructured catalyst based on platinum group metals on a carbon carrier. Chlorides of one or more metals were dissolved in water with ethylene glycol, a colloidal suspension of catalytic metal particles was obtained by raising the pH of the solution to 10 or higher and heating it to 125 ° C, then a carbon support was added and metal catalyst particles were deposited on the support by decreasing the pH to 6, 5 or lower. The catalyst was filtered, washed with plenty of deionized water and dried. When using such a catalyst at the anode of the electrolyzer, metals were converted to oxides. The disadvantage of this method is that it does not allow the synthesis of mixed oxides of a given phase composition, providing high activity and stability of the anode, a high content of carbon carrier (more than 10%) leads to the fact that under the influence of anode currents the carbon in the catalytic layer burns out, this leads to loss of contact between metal particles and a decrease in the characteristics of the catalyst.
В последнее время большое внимание привлекают способы синтеза оксидных катализаторов путем восстановления металлов этиленгликолем с последующим их термическим окислением.Recently, methods of synthesizing oxide catalysts by reducing metals with ethylene glycol followed by thermal oxidation have attracted much attention.
В работе Маршал А., Бёрресен Б., Хаген Г. и др. «Нанокристаллические частицы на основе оксида иридия как электрокатализаторы выделения водорода» // Электрохимия. 2006. Т. 42. №10. С.1260-1267 описан модифицированный «polyol» метод для синтеза оксидных катализаторов. Так называемый «polyol» метод - простой метод синтеза металлических коллоидов путем восстановления хлоридов иридия, рутения и олова этиленгликолем. Способ заключался в смешении соединений соответствующих металлов с этиленгликолем в необходимых количествах в присутствии реагента-протектора поливинилпирролидона, предотвращающего рост получаемых металлических частиц. Полученный раствор нагревали в инертной атмосфере до температуры 198°С и выдерживали около 2 ч до образования коллоида. Выделенный и отмытый металлический коллоид подвергали термическому окислению на воздухе при температуре t=500°С в течение 30 мин. Недостатками данного способа являются низкая удельная активная рабочая поверхность полученного катализатора, вызванная спеканием частиц металла при температуре 500°С, а также то, что полученный катализатор содержит органические продукты восстановления и поливинилпирролидон, удаление которых весьма трудоемко и сопровождается потерями катализатора.In the work, Marshal A., Burresen B., Hagen G. et al. “Nanocrystalline particles based on iridium oxide as electrocatalysts for hydrogen evolution” // Electrochemistry. 2006.V. 42. No. 10. P.1260-1267 describes a modified "polyol" method for the synthesis of oxide catalysts. The so-called “polyol” method is a simple method for synthesizing metallic colloids by reducing iridium, ruthenium and tin chlorides with ethylene glycol. The method consisted in mixing the compounds of the corresponding metals with ethylene glycol in the required quantities in the presence of a reagent-protector of polyvinylpyrrolidone, which prevents the growth of the resulting metal particles. The resulting solution was heated in an inert atmosphere to a temperature of 198 ° C and held for about 2 hours until a colloid formed. The isolated and washed metal colloid was subjected to thermal oxidation in air at a temperature of t = 500 ° С for 30 min. The disadvantages of this method are the low specific active working surface of the obtained catalyst, caused by sintering of metal particles at a temperature of 500 ° C, and the fact that the resulting catalyst contains organic reduction products and polyvinylpyrrolidone, the removal of which is very time-consuming and is accompanied by loss of catalyst.
Известен способ получения катализатора для электролиза воды - прототип (заявка WO/2005/049199 «Precious metal oxide catalyst for water electrolysis», опубл. 02.06.2005, B01J 23/46), включающий:A known method of producing a catalyst for water electrolysis is a prototype (application WO / 2005/049199 "Precious metal oxide catalyst for water electrolysis", publ. 02.06.2005, B01J 23/46), including:
- растворение исходных соединений иридия (или иридия совместно с рутением) в виде H2IrCl6 и Ru(OH)Cl3 в присутствии модифицирующих добавок - неорганического оксида, выбранного из ряда TiO2, Al2O3, ZrO2 SnO2, Nb2O5, Ta2O5 в водном растворе;- dissolution of the starting compounds of iridium (or iridium together with ruthenium) in the form of H 2 IrCl 6 and Ru (OH) Cl 3 in the presence of modifying additives — an inorganic oxide selected from the series TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 SnO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 in aqueous solution;
- осаждение соединений иридия (с соединением рутения) путем изменения рН от 6 до 10;- precipitation of iridium compounds (with a ruthenium compound) by changing the pH from 6 to 10;
- отделение и сушку катализатора;- separation and drying of the catalyst;
- термическую обработку катализатора при 300-800°С.- heat treatment of the catalyst at 300-800 ° C.
Полученный катализатор содержит оксид иридия (IrO2 или Ir2O3) (или оксид иридия совместно с оксидом рутения RuO2) в сочетании с неорганическим оксидом с высокой удельной поверхностью (например, TiO2, Al2O3, ZrO2 SnO2, Nb2O5, Ta2O5 и их смесями). Поверхность неорганического оксида, определенная по методу БЭТ - 50-400 м2/г, растворимость в воде менее 0,15 г/л и его содержание в катализаторе менее 20% от массы всего катализатора. Соотношение атомов Ir/Ru 4/1-1/4. Поверхность полученного оксидного катализатора, определенная по методу БЭТ, составляет 40-100 м2/г.The resulting catalyst contains iridium oxide (IrO 2 or Ir 2 O 3 ) (or iridium oxide together with ruthenium oxide RuO 2 ) in combination with inorganic oxide with a high specific surface area (for example, TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 SnO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and mixtures thereof). The inorganic oxide surface determined by the BET method is 50-400 m 2 / g, the solubility in water is less than 0.15 g / l and its content in the catalyst is less than 20% by weight of the total catalyst. The ratio of atoms Ir / Ru 4 / 1-1 / 4. The surface of the obtained oxide catalyst, determined by the BET method, is 40-100 m 2 / g.
Недостатком прототипа является спекание частиц катализатора в результате его термической обработки, приводящее к снижению его удельной активной рабочей поверхности, так как внутренняя поверхность образующихся агломератов недоступна для реагентов, кроме того, размер частиц катализатора, определяющий его удельную поверхность, удельную активность и расход металла платиновой группы, зависит от размера частиц добавляемого при синтезе в раствор модифицирующих добавок металла. Получение частиц модифицирующей добавки - неорганического оксида с маленькими размерами и высокой удельной поверхностью - имеет определенные технические проблемы и усложняет технологию, увеличивая стоимость катализатора. Использование готовых частиц неорганических оксидов, имеющих высокое удельное электрическое сопротивление, ведет к увеличению электрического сопротивления катализатора в электролизере и росту напряжения на ячейке.The disadvantage of the prototype is the sintering of catalyst particles as a result of its heat treatment, leading to a decrease in its specific active working surface, since the inner surface of the resulting agglomerates is not accessible to reagents, in addition, the particle size of the catalyst, which determines its specific surface, specific activity and consumption of the platinum group metal depends on the particle size of the metal modifying additives added to the solution during synthesis. Obtaining particles of a modifying additive — inorganic oxide with small sizes and high specific surface — has certain technical problems and complicates the technology, increasing the cost of the catalyst. The use of finished particles of inorganic oxides having a high electrical resistivity leads to an increase in the electrical resistance of the catalyst in the cell and an increase in voltage across the cell.
Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является увеличение эффективной удельной поверхности катализатора и снижение напряжения на ячейке электролизера при малых расходах катализатора.The technical result, which the invention is directed to, is to increase the effective specific surface area of the catalyst and reduce the voltage on the cell of the cell at low catalyst costs.
Поверхность оксидного катализатора иридия-рутения, полученного по прототипу, составляет по методу БЭТ 40-100 м2/г, полученного по предложенному нами, способу составляет 100-125 м2/г.The surface of the oxide catalyst of iridium-ruthenium obtained according to the prototype, according to the BET method, is 40-100 m 2 / g, obtained according to the method proposed by us, is 100-125 m 2 / g
Для этого предложен способ получения наноструктурного катализатора для электролиза воды, заключающийся в растворении исходных соединений, включающих иридий или иридий совместно с рутением, а также модифицирующие добавки, осаждении исходных соединений, отделении и сушке указанных соединений и термической обработке соединений, при этом при растворении исходных соединений добавляют разрыхлитель в количестве не более чем в 10 раз превышающем массу исходных соединений.To this end, a method for producing a nanostructured catalyst for water electrolysis is proposed, which consists in dissolving the starting compounds, including iridium or iridium together with ruthenium, as well as modifying additives, precipitating the starting compounds, separating and drying these compounds, and heat treating the compounds, while dissolving the starting compounds baking powder is added in an amount of not more than 10 times the mass of the starting compounds.
При этом в качестве разрыхлителя можно добавлять углерод в количестве не более чем в 4 раза превышающем массу исходных соединений.At the same time, carbon can be added as a baking powder in an amount of not more than 4 times the mass of the starting compounds.
В качестве разрыхлителя можно добавлять соли NaCl, или KCl, или LiCl, или CaCl2 в количестве не более чем в 2-10 раз превышающем массу исходных соединений.As a disintegrant, you can add salts of NaCl, or KCl, or LiCl, or CaCl 2 in an amount of not more than 2-10 times the mass of the starting compounds.
В качестве разрыхлителя можно добавлять углерод и соли из ряда NaCl, KCl, LiCl, CaCl2 в равных долях, при этом их общее количество не более чем в 2-10 раз превышает массу исходных соединений.Carbon and salts from the series NaCl, KCl, LiCl, CaCl 2 in equal proportions can be added as a disintegrant, while their total amount is no more than 2-10 times the mass of the starting compounds.
Углерод можно добавлять в виде сажи или графита, или углеродных нанотрубок, или нановолокон.Carbon can be added in the form of soot or graphite, or carbon nanotubes, or nanofibres.
При этом при добавлении в качестве разрыхлителя углерода осаждение ведут при постоянном перемешивании при температуре 60-70°С в течение 1,5-2 часов.Moreover, when carbon is added as a disintegrant, the deposition is carried out with constant stirring at a temperature of 60-70 ° C for 1.5-2 hours.
При этом при добавлении в качестве разрыхлителя солей или солей совместно с углеродом осаждение ведут при перемешивании в течение 20-25 минут при комнатной температуре.In this case, when salts or salts are added as a disintegrant together with carbon, the precipitation is carried out with stirring for 20-25 minutes at room temperature.
При введении в качестве разрыхлителя углерода полученный катализатор обрабатывают анодным током 0,1-0,2 А/см2 в течение 2-3 часов.When introduced as a disintegrant of carbon, the resulting catalyst is treated with an anode current of 0.1-0.2 A / cm 2 for 2-3 hours.
При этом растворение исходных веществ ведут в воде.In this case, the dissolution of the starting materials is carried out in water.
При этом растворение исходных веществ ведут в воде с содержанием изопропилового спирта 10-80% от общего объема.In this case, the dissolution of the starting materials is carried out in water with an isopropyl alcohol content of 10-80% of the total volume.
При этом растворение исходных веществ ведут в спирте.In this case, the dissolution of the starting materials is carried out in alcohol.
При этом в качестве модифицирующей добавки вводят соединения металлов из ряда Ti, Al, Zr Sn, Nb, Та, растворимых в воде, или водно-спиртовом растворе, или в спирте.At the same time, metal compounds from the series Ti, Al, Zr Sn, Nb, and Ta soluble in water or in an aqueous-alcoholic solution or in alcohol are introduced as a modifying additive.
В частности, можно вводить хлориды указанных металлов.In particular, chlorides of these metals can be added.
Разрыхлитель, в качестве которого выступают углерод, соли или смесь соли с углеродом, равномерно распределяется между частицами иридия-рутения-модифицирующей добавки. При термической обработке катализатора, наряду с окислением металлов, происходит выгорание разрыхлителя на 95-98%, что предотвращает спекание частиц. Оставшийся после термической обработки углеродный носитель в количестве не более 5% от исходного не оказывает влияние на качество оксидного катализатора и выгорает в ходе предварительной приработки электролизной ячейки при малых токах, обеспечивая дальнейшее увеличение активной рабочей поверхности.The baking powder, which is carbon, salt or a mixture of salt with carbon, is evenly distributed between the particles of iridium-ruthenium-modifying additives. During thermal treatment of the catalyst, along with the oxidation of metals, the baking powder burns out by 95-98%, which prevents sintering of particles. The carbon carrier remaining after heat treatment in an amount of not more than 5% of the initial does not affect the quality of the oxide catalyst and burns out during preliminary run-in of the electrolysis cell at low currents, providing a further increase in the active working surface.
Термическую обработку соединений проводят при температуре 350-550°С в течение 2-3 часов. Оксид рутения является наиболее активным из оксидов для анодного выделения кислорода, однако он неустойчив, и для получения активных и стабильно работающих катализаторов используются двойные и тройные оксиды. Нижний предел термической обработки составляет 350°С, при более низкой температуре наблюдается частичное растворение оксидов в ходе эксперимента, поскольку не происходит полного разложения исходных солей и в синтезированных катализаторах присутствует довольно большое количество гидрооксидов и хлоридов. Верхний температурный предел составляет 550°С, более высокая температура приводит к уменьшению активности катализатора, т.к. возможно спекание частиц катализатора и снижение его удельной активной рабочей поверхности.Heat treatment of compounds is carried out at a temperature of 350-550 ° C for 2-3 hours. Ruthenium oxide is the most active of the oxides for anodic oxygen evolution, however, it is unstable, and double and triple oxides are used to obtain active and stably working catalysts. The lower limit of heat treatment is 350 ° C; at a lower temperature, partial dissolution of oxides is observed during the experiment, since the initial salts do not completely decompose and a rather large amount of hydroxides and chlorides are present in the synthesized catalysts. The upper temperature limit is 550 ° C, a higher temperature leads to a decrease in the activity of the catalyst, because possible sintering of the catalyst particles and a decrease in its specific active working surface.
Предложенный способ получения катализатора позволяет увеличить его удельную активную рабочую поверхность (в том числе на единицу металла платиновой группы) и снизить напряжение на ячейке при малых расходах катализатора.The proposed method for the preparation of the catalyst allows to increase its specific active working surface (including per unit of metal of the platinum group) and reduce the voltage on the cell at low catalyst consumption.
Это обусловлено тем, что частицы катализатора не спекаются и не образуют устойчивых агломератов, что делает поверхность иридия и рутения более доступной для реагента (воды) и облегчает удаление продукта (кислорода); оксиды иридия, рутения и других металлов образуют твердые растворы, что снижает удельное сопротивление катализатора; в присутствии углерода обработка малыми токами перед эксплуатацией ведет к дополнительному увеличению активной поверхности, т.к. открывает участки катализатора, расположенные в порах, из которых углерод не удалялся при термической обработке при заявленных температурах и в указанное время. При этом остаточный (удаляемый при анодных токах) углерод способствует формированию высокопористой структуры каталитических частиц, поверхность которых доступна для реагентов. Более длительное время и/или более высокая температура удаляют углерод, но снижают активную поверхность - дополнительное спекание и агломерация.This is due to the fact that the catalyst particles do not sinter and do not form stable agglomerates, which makes the surface of iridium and ruthenium more accessible for the reagent (water) and facilitates the removal of the product (oxygen); oxides of iridium, ruthenium and other metals form solid solutions, which reduces the resistivity of the catalyst; in the presence of carbon, low current treatment before operation leads to an additional increase in the active surface, since opens up catalyst sites located in pores from which carbon was not removed by heat treatment at the stated temperatures and at the indicated time. In this case, the residual carbon (removed by anode currents) contributes to the formation of a highly porous structure of catalytic particles, the surface of which is accessible to reagents. A longer time and / or higher temperature removes carbon, but reduces the active surface - additional sintering and agglomeration.
Метод позволяет получать как индивидуальные (IrO2, RuO2), так и смешанные оксиды с размером частиц 5-50 нм. При использовании катализатора с размером частиц более 100 нм, сопротивление мембраны увеличивается на 10-15%. Это связано с тем, что структура твердого полимерного электролита (мембраны), на который наносится катализатор, имеет собственный размер гидрофильных участков, составляющих 5-10 нм. Для нормальной работы электрокаталитического слоя необходимо, чтобы частицы катализатора были встроены в эти гидрофильные участки твердого полимерного электролита, поэтому их размер должен составлять 5-50 нм. Более крупные частицы катализатора не встраиваются в данную структуру и выступают в качестве балласта.The method allows to obtain both individual (IrO 2 , RuO 2 ) and mixed oxides with a particle size of 5-50 nm. When using a catalyst with a particle size of more than 100 nm, the membrane resistance increases by 10-15%. This is due to the fact that the structure of the solid polymer electrolyte (membrane) on which the catalyst is deposited has its own size of hydrophilic regions of 5-10 nm. For the normal operation of the electrocatalytic layer, it is necessary that the catalyst particles are embedded in these hydrophilic sections of the solid polymer electrolyte, therefore, their size should be 5-50 nm. Larger catalyst particles do not integrate into this structure and act as ballast.
Пример 1 (прототип)Example 1 (prototype)
В колбе объемом 1 л смешивают 378,8 мг TiO2 и 112.5 мл воды. Добавляют 25,4 г H2IrCl6 (с содержанием иридия 20,78 вес.%), смешанной с 50 мл воды. Смесь нагревают до 70°С, добавляют 50 мл 0,1 М NaOH. Выдерживают при указанной температуре в течение 4 часов. Продукт отфильтровывают и отмывают бидистиллированной водой объемом 2 л. Полученный катализатор сушат в вакуумной печи при 70°С, затем отжигают на воздухе при температуре 400°С в течение 3 часов.378.8 mg of TiO 2 and 112.5 ml of water are mixed in a 1 L flask. 25.4 g of H 2 IrCl 6 (with an iridium content of 20.78 wt.%) Mixed with 50 ml of water are added. The mixture is heated to 70 ° C, 50 ml of 0.1 M NaOH are added. It is kept at the indicated temperature for 4 hours. The product is filtered off and washed with 2 liter bidistilled water. The resulting catalyst was dried in a vacuum oven at 70 ° C, then annealed in air at a temperature of 400 ° C for 3 hours.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 60 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,50 В при расходе катализатора 1,0 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 60 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.50 V with a catalyst flow rate of 1.0 mg / cm 2 .
Примеры 2-11 осуществления заявленного изобретения.Examples 2-11 of the implementation of the claimed invention.
Пример 2Example 2
Синтез IrO2-TiO2 (5 вес.%) с добавлением углерода - сажи Vulcan ХС-72.Synthesis of IrO 2 -TiO 2 (5 wt.%) With the addition of carbon - carbon black Vulcan XC-72.
В химическом стакане объемом 100 мл смешивают 10 мл воды, 10 мл изопропилового спирта, 15 мг TiO2, 14,4 мл H2IrCl6 0,04 М (с содержанием Ir - 20,78 вес.%) - количество исходных соединений принимают из расчета получения 300 мг катализатора с 5 вес.% модифицирующей добавки TiO2 (285 мг IrO2 и 15 мг модифицирующей добавки TiO2). В смесь добавляют 300 мг разрыхлителя - сажи Vulcan ХС-72, что по количеству менее чем в 4 раза превышает массу исходных соединений. Осаждение ведут при постоянном перемешивании в течение 20 минут при комнатной температуре. Смесь выпаривают при постоянном перемешивании. Сухой остаток отжигают на воздухе при температуре 450°С в течение 3 часов.In a beaker with a volume of 100 ml, 10 ml of water, 10 ml of isopropyl alcohol, 15 mg of TiO 2 , 14.4 ml of H 2 IrCl 6 0.04 M (with an Ir content of 20.78 wt.%) Are mixed - the amount of starting compounds is taken based on the preparation of 300 mg of a catalyst with 5 wt.% TiO 2 modifier (285 mg IrO 2 and 15 mg TiO 2 modifier). 300 mg of disintegrant, Vulcan XC-72 carbon black, is added to the mixture, which is less than 4 times the mass of the starting compounds. Precipitation is carried out with constant stirring for 20 minutes at room temperature. The mixture is evaporated with constant stirring. The dry residue is annealed in air at a temperature of 450 ° C for 3 hours.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 86 м2/г. Катализатор обрабатывают анодным током 0,1 А/см2 в течение 2 часов. Потенциал кислородного электрода составляет 1,45 В при расходе катализатора 0,85 мг/см.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 86 m 2 / g. The catalyst is treated with an anode current of 0.1 A / cm 2 for 2 hours. The potential of the oxygen electrode is 1.45 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm.
Пример 3Example 3
Синтез IrO2-SnO2 (5 вес.%) с добавлением углерода - сажи Vulcan ХС-72.Synthesis IrO 2 -SnO 2 (5 wt.%) With the addition of carbon - carbon black Vulcan XC-72.
Процесс аналогичен, приведенному в примере 2, и отличается тем, что вместо 15 мг TiO2 в смесь добавляют 28 мг SnCl2·2H2O. Количество исходных соединений принимают из расчета получения 300 мг катализатора с 5 вес.% модифицирующей добавки SnO2 (285 мг IrO2 и 15 мг модифицирующей добавки SnO2). Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 92 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,44 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The process is similar to the one in Example 2, and differs in that instead of 15 mg of TiO 2 was added to a mixture of 28 mg of SnCl 2 · 2H 2 O. The amount of starting compounds take the rate obtaining 300 mg of the catalyst from 5 wt.% Of modifying agent SnO 2 ( 285 mg of IrO 2 and 15 mg of SnO 2 modifier). The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 92 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.44 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 4Example 4
Синтез IrO2 (30 мол.%) - RuO2 (30 мол.%) - SnO2 (40 мол.%) с добавлением углерода - сажи Vulcan ХС-72.Synthesis of IrO 2 (30 mol%) - RuO 2 (30 mol%) - SnO 2 (40 mol%) with the addition of carbon - soot Vulcan XC-72.
В химическом стакане объемом 100 мл смешивают 10 мл воды, 10 мл изопропилового спирта, 14,4 мл H2IrCl6 0,04 М (с содержанием Ir - 20,78 вес.%), 151,4 мг Ru(OH)Cl3 (с содержанием Ru - 44,35 вес.%), 199 мг SnCl2·2H2O. Количество исходных соединений принимают из расчета получения 300 мг катализатора с 40 мол. % модифицирующей добавки SnO2 (128 мг IrO2, 67 мг RuO2) и 105 мг модифицирующей добавки SnO2. В смесь добавляют 300 мг разрыхлителя - сажи Vulcan ХС-72, что по количеству менее чем в 4 раза превышает массу исходных соединений. Осаждение ведут при постоянном перемешивании в течение 20 минут при комнатной температуре. Смесь выпаривают при постоянном перемешивании. Сухой остаток отжигают на воздухе при температуре 450°С в течение 3 часов.In a 100-ml beaker, 10 ml of water, 10 ml of isopropyl alcohol, 14.4 ml of H 2 IrCl 6 0.04 M (with an Ir content of 20.78% by weight), 151.4 mg of Ru (OH) Cl are mixed 3 (with a Ru content of 44.35 wt.%), 199 mg SnCl 2 · 2H 2 O. The number of starting compounds is taken from the calculation of 300 mg of a catalyst with 40 mol. % SnO 2 modifying additive (128 mg IrO 2 , 67 mg RuO 2 ) and 105 mg SnO 2 modifying additive. 300 mg of disintegrant, Vulcan XC-72 carbon black, is added to the mixture, which is less than 4 times the mass of the starting compounds. Precipitation is carried out with constant stirring for 20 minutes at room temperature. The mixture is evaporated with constant stirring. The dry residue is annealed in air at a temperature of 450 ° C for 3 hours.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 125 м2/г. Катализатор обрабатывают анодным током 0,1 А/см2 в течение 2 часов. Потенциал кислородного электрода составляет 1,42 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 125 m 2 / g. The catalyst is treated with an anode current of 0.1 A / cm 2 for 2 hours. The potential of the oxygen electrode is 1.42 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 5Example 5
Процесс аналогичен, приведенному в примере 4, и отличается тем, что осаждение ведут при постоянном перемешивании при температуре 70°С в течение 2 часов.The process is similar to that shown in example 4, and differs in that the deposition is carried out with constant stirring at a temperature of 70 ° C for 2 hours.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 144 м2/г. Катализатор обрабатывают анодным током 0,1 А/см2 в течение 2 часов. Потенциал кислородного электрода составляет 1,41 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 144 m 2 / g. The catalyst is treated with an anode current of 0.1 A / cm 2 for 2 hours. The potential of the oxygen electrode is 1.41 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 6Example 6
Синтез IrO2 (30 мол.%) - RuO2 (30 мол.%) - SnO2 (40 мол.%) с добавлением соли NaCl.Synthesis of IrO 2 (30 mol%) - RuO 2 (30 mol%) - SnO 2 (40 mol%) with the addition of NaCl salt.
Процесс аналогичен, приведенному в примере 4, и отличается тем, вместо 300 мг разрыхлителя сажи Vulcan ХС-72 в смесь добавляют 1,8 г разрыхлителя NaCl, количество разрыхлителя - соли при этом менее чем в 10 раз превышает массу исходных соединений.The process is similar to that shown in Example 4, and differs in that instead of 300 mg of Vulcan XC-72 soot disintegrant, 1.8 g of NaCl disintegrant is added to the mixture, the amount of salt disintegrant being less than 10 times the mass of the starting compounds.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 80 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,42 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 80 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.42 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 7Example 7
Синтез IrO2 (30 мол.%) - RuO2 (30 мол.%) - SnO2 (40 мол.%) с добавлением сажи Vulcan ХС-72 и NaCl.Synthesis of IrO 2 (30 mol%) - RuO 2 (30 mol%) - SnO 2 (40 mol%) with the addition of carbon black Vulcan XC-72 and NaCl.
Процесс аналогичен, приведенному в примере 4, и отличается тем, что вместо 300 мг разрыхлителя сажи Vulcan ХС-72 в смесь добавляют 750 мг NaCl и 750 мг сажи Vulcan ХС-72. Общее количество разрыхлителя при этом менее чем в 10 раз превышает массу исходных соединений.The process is similar to that in Example 4, and differs in that instead of 300 mg of Vulcan XC-72 carbon black disintegrant, 750 mg of NaCl and 750 mg of Vulcan XC-72 carbon black are added to the mixture. The total amount of baking powder in this case is less than 10 times the mass of the starting compounds.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 90 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,43 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 90 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.43 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 8Example 8
Процесс аналогичен, приведенному в примере 4, и отличается тем, что вместо отжига при температуре 450°С в течение 3 часов сухой остаток отжигают при температуре 320°С в течение 3 часов.The process is similar to that shown in example 4, and differs in that instead of annealing at 450 ° C for 3 hours, the dry residue is annealed at a temperature of 320 ° C for 3 hours.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 62 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,45 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 62 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.45 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 9Example 9
Процесс аналогичен, приведенному в примере 4, и отличается тем, что вместо отжига при температуре 450°С в течение 3 часов сухой остаток отжигают при температуре 600°С в течение 1 часа.The process is similar to that shown in example 4, and differs in that instead of annealing at 450 ° C for 3 hours, the dry residue is annealed at 600 ° C for 1 hour.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 60 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,45 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 60 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.45 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 10Example 10
Процесс аналогичен, приведенному в примере 8, и отличается тем, что вместо 300 мг разрыхлителя сажи Vulcan ХС-72 в смесь добавляют 1200 мг сажи Vulcan ХС-72. Количество разрыхлителя-углерода при этом в 4 раза превышает массу исходных соединений.The process is similar to that in Example 8, and differs in that instead of 300 mg of Vulcan XC-72 carbon black disintegrant, 1200 mg of Vulcan XC-72 carbon black is added to the mixture. The amount of carbon disintegrant is 4 times the mass of the starting compounds.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 110 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,42 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 110 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.42 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 11Example 11
Процесс аналогичен, приведенному в примере 4, и отличается тем, вместо 10 мл воды и 10 мл изопропилового спирта в смесь добавляют 20 мл изопропилового спирта.The process is similar to that in Example 4, and differs in that, instead of 10 ml of water and 10 ml of isopropyl alcohol, 20 ml of isopropyl alcohol is added to the mixture.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 120 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,41 В при расходе катализатора 0,85 мг/см2.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 120 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.41 V with a catalyst flow rate of 0.85 mg / cm 2 .
Пример 12Example 12
Процесс аналогичен, приведенному в примере 4, и отличается тем, что вместо 300 мг разрыхлителя сажи Vulcan ХС-72 в смесь добавляют 1500 мг сажи Vulcan ХС-72. Количество разрыхлителя - углерода при этом более чем в 4 раза превышает массу исходных соединений.The process is similar to that in Example 4, and differs in that instead of 300 mg of Vulcan XC-72 carbon black baking powder, 1500 mg of Vulcan XC-72 carbon black is added to the mixture. The amount of baking powder, carbon, is more than 4 times the mass of the starting compounds.
Удельная поверхность полученного катализатора, измеренная по методу БЭТ, составила 140 м2/г. Потенциал кислородного электрода составляет 1,49 В.The specific surface area of the obtained catalyst, measured by the BET method, was 140 m 2 / g. The potential of the oxygen electrode is 1.49 V.
Таким образом, данный способ изготовления катализатора позволит получить катализатор с высокой удельной поверхностью. Напряжение на электролизной ячейке с заявляемыми катализаторами было на 15-20 мВ ниже, чем при использовании катализатора-прототипа.Thus, this method of manufacturing a catalyst will allow to obtain a catalyst with a high specific surface area. The voltage on the electrolysis cell with the inventive catalysts was 15-20 mV lower than when using the prototype catalyst.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104756/04A RU2394646C1 (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Method of preparing nanostructured catalyst for water electrolysis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104756/04A RU2394646C1 (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Method of preparing nanostructured catalyst for water electrolysis |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2394646C1 true RU2394646C1 (en) | 2010-07-20 |
Family
ID=42685862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009104756/04A RU2394646C1 (en) | 2009-02-12 | 2009-02-12 | Method of preparing nanostructured catalyst for water electrolysis |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2394646C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115109940A (en) * | 2022-05-17 | 2022-09-27 | 华东理工大学 | Method for synthesizing noble metal material by solvothermal method |
-
2009
- 2009-02-12 RU RU2009104756/04A patent/RU2394646C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115109940A (en) * | 2022-05-17 | 2022-09-27 | 华东理工大学 | Method for synthesizing noble metal material by solvothermal method |
CN115109940B (en) * | 2022-05-17 | 2024-05-28 | 华东理工大学 | Method for synthesizing noble metal material by solvothermal method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5199575B2 (en) | Noble metal oxide catalysts for water electrolysis | |
KR102045351B1 (en) | Electrocatalyst for fuel cells and method for producing said electrocatalyst | |
CN114072939B (en) | Catalyst for oxygen evolution reaction in water electrolysis | |
JP5116340B2 (en) | Method for producing metal oxide-supported carbon | |
WO2013092566A1 (en) | Precious metal oxide catalyst for water electrolysis | |
JP2018507097A (en) | Carbon supported catalyst containing modifier and method for producing carbon supported catalyst | |
JP7066172B2 (en) | Cobalt composite γ-type manganese dioxide and its manufacturing method | |
US20140224667A1 (en) | Catalyst Coating and Process for Production Thereof | |
CN115505951B (en) | Porous iridium oxide nano material, preparation method and application thereof | |
JP2024500218A (en) | Iridium-containing catalyst for water electrolysis | |
KR20090129439A (en) | Catalyst for electrochemical reduction of oxygen | |
CN109576733B (en) | Preparation method of carbon fiber loaded chlorine evolution catalytic electrode | |
RU2394646C1 (en) | Method of preparing nanostructured catalyst for water electrolysis | |
CN110416561B (en) | Bifunctional Pt-IrO2Nano-wire electro-catalyst, preparation method thereof and fuel cell | |
JP3236686B2 (en) | Gas electrode and its manufacturing method | |
JP2022527037A (en) | Methods for Preparing Supported Noble Metal-Metal Alloy Composites, and Obtained Supported Noble Metal-Metal Alloy Composites | |
JP3142410B2 (en) | Gas electrode catalyst and method for producing the same | |
KR101456196B1 (en) | Method for manufacturing catalytic composite deposited metal nanocrystal on its surface | |
RU2802919C1 (en) | Catalyst for solid polymer fuel cells and method for its preparation | |
CN116641096A (en) | Nanometer iridium oxide composite catalyst, preparation method and application thereof | |
CN117779103A (en) | Sb 2 O 4 -RuO 2 Solid solution OER electrocatalytic material and preparation method and application thereof | |
CN118291989A (en) | PEM electrolyzed water anode catalyst carrier and preparation method thereof | |
JP2011111379A (en) | Porous clumpy tin oxide and method for producing the same | |
JP2008218078A (en) | Manufacturing method of electrode catalyst for fuel cell | |
JP2010092604A (en) | Noble metal particle carrying electrocatalyst and its manufacturing method |