本發(fā)明涉及催化劑制備領(lǐng)域，具體是一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫氣可以通過水電解利用來自可再生能源的電能生產(chǎn)，包括堿性水電解(awe)、質(zhì)子交換膜水電解(pemwe)和固體氧化物電解池(soec)。其中，pemwe因其高工作電流密度、低歐姆損耗和高氫純度而被視為最有前途的制氫途徑。目前，pemwe中陽極氧析出反應(yīng)嚴(yán)重依賴于銥基電催化劑(例如純銥粉末和氧化銥粉末)，然而，銥的稀缺性和極高成本極大地影響了pemwe大規(guī)模應(yīng)用的實現(xiàn)。

2、此外，陽極氧化銥催化劑通常表現(xiàn)出不令人滿意的oer活性和相對較大的過電位，并且由于oer催化過程中銥物質(zhì)的浸出而表現(xiàn)出相對較低的耐久性。因此，需要研發(fā)新型、高效、耐用、低廉的銥基催化劑是實現(xiàn)pemwe實際應(yīng)用的關(guān)鍵。

3、將銥金屬氧化物與其他金屬材料結(jié)合是一種有效的方法，但是現(xiàn)有技術(shù)中，負(fù)載pemwe陽極的氧化銥催化劑制備工藝負(fù)載，耗材高昂，使得氧化銥催化劑的制備成本高，不方便使用，且制備過程中還容易出現(xiàn)聚集形成大顆粒的問題，機(jī)械性能較差，影響到催化劑的催化效率與耐用性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、涉及催化劑制備領(lǐng)域，一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟一、分散：將二氧化鋯作為待負(fù)載的載體粉末投入銥分散液中并將其在分散液中均勻分散，獲得載體溶劑混合液；

5、步驟二、蒸發(fā)：將混合好的分散液均勻干燥，使銥前驅(qū)體均勻分布在載體表面；

6、步驟三、混合：向混合物中加入熔融鹽并將熔融鹽與負(fù)載前驅(qū)物均勻混合；

7、步驟四、退火：將混合后的反應(yīng)物高溫煅燒結(jié)晶形成最終產(chǎn)物；

8、步驟五、洗滌：將煅燒退火后的粉末重新溶解，并用洗滌劑洗滌，洗滌后進(jìn)行干燥，得到鋯負(fù)載氧化銥催化劑。

9、進(jìn)一步地，制備鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的各組分原料配比如下：

10、1份-2.8份二氧化鋯、1.25份-8份含銥溶液、500份-1000份分散劑、40份-80份融合鹽、2000份-4000份洗滌劑。

11、進(jìn)一步地，所述步驟一中，分散劑選自去離子水、乙醇、正丙醇、異丙醇、乙二醇、甲醇、丙酮中的一種或多種。

12、進(jìn)一步地，所述步驟一中，含銥溶液所用溶質(zhì)選自氯銥酸、氯銥酸鉀、氯化銥、醋酸銥、乙酰丙酮銥、氯化銥、氯銥酸鈉、氯銥酸銨中的一種或多種。

13、進(jìn)一步地，所述步驟二中，蒸發(fā)所用方式選自低溫烘干、真空干燥、冷凍干燥、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)中的一種或多種。

14、進(jìn)一步地，所述步驟三中，熔融鹽選自硝酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸鈉、甲酸鈉、氯化鈉、亞硝酸鈉、碳酸鈉、硝酸銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一種或多種。

15、進(jìn)一步地，所述步驟三中，前驅(qū)物熔融鹽的混合方式選自球磨、攪拌、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、研磨中的一種或多種。

16、進(jìn)一步地，所述步驟四中，退火處理時使用退火設(shè)備為馬弗爐、管式爐、焦耳熱反應(yīng)器中的一種或多種。

17、進(jìn)一步地，所述步驟四中，退火溫度為200℃～600℃，退火時間為0.5h～3h，高溫退火環(huán)境為空氣、氧氣、臭氧、氮氣、氬氣和氧氬氣中的一種。

18、進(jìn)一步地，所述步驟五中，洗滌劑選自去離子水、無水乙醇、異丙醇、正丙醇、甲醇、丙酮、氫氧化銨、氫氧化鈉、硝酸、硫酸中的一種或多種。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、1、本發(fā)明制備方法，利用二氧化鋯作為載體，形成了較低銥含量的pem電解水制氫催化劑，并通過分散混合方式控制解決氧化銥在退火過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，使其均勻負(fù)載在氧化鋯載體之上，同時選擇氧化鋯作為載體有效提升催化劑的機(jī)械性能和在制備漿液時的易分散程度。更有效的提升了催化劑的耐受性和使用壽命；

21、2、本發(fā)明制備方法，工藝原理簡單，無復(fù)雜操作和昂貴的耗材，優(yōu)點還包括可以大幅降低銥的用量、穩(wěn)定小活性顆粒以防止燒結(jié)和增加催化活性。

22、3、本發(fā)明制備方法，通過退火過程的溫度與時間調(diào)節(jié)，能夠顯著減小催化劑的微晶顆粒，增大催化劑的比表面積，增強(qiáng)催化劑的活性；

23、4、本發(fā)明制備方法，所制備的陽極催化劑催化效果更好，在相同電流密度下采用本發(fā)明所述催化劑用于酸性水電解裝置陽極時，使用效果由于其他工藝制備的氧化銥系催化劑，生產(chǎn)單位體積氧是有較低的比能耗，在相同電流密度下有根底的電解電壓，而其他工藝氧化銥系催化劑在10ma/cm2下的過電勢為300mv～350mv；而本發(fā)明所制備的負(fù)載型氧化銥催化劑作為水電解陽極催化劑時，10ma/cm2下電解電壓為280mv，在2a/cm2下的槽電壓為1.81v。

技術(shù)特征：

1.一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，制備鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的各組分原料配比如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，分散劑選自去離子水、乙醇、正丙醇、異丙醇、乙二醇、甲醇、丙酮中的一種或多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟一中，含銥溶液所用溶質(zhì)選自氯銥酸、氯銥酸鉀、氯化銥、醋酸銥、乙酰丙酮銥、氯化銥、氯銥酸鈉、氯銥酸銨中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，蒸發(fā)所用方式選自低溫烘干、真空干燥、冷凍干燥、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)中的一種或多種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，熔融鹽選自硝酸鈉、乙酸鈉、檸檬酸鈉、甲酸鈉、氯化鈉、亞硝酸鈉、碳酸鈉、硝酸銨、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇中的一種或多種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，前驅(qū)物熔融鹽的混合方式選自球磨、攪拌、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、研磨中的一種或多種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，退火處理時使用退火設(shè)備為馬弗爐、管式爐、焦耳熱反應(yīng)器中的一種或多種。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，退火溫度為200℃～600℃，退火時間為0.5h～3h，高溫退火環(huán)境為空氣、氧氣、臭氧、氮氣、氬氣和氧氬氣中的一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯負(fù)載氧化銥型pemwe陽極催化劑的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，洗滌劑選自去離子水、無水乙醇、異丙醇、正丙醇、甲醇、丙酮、氫氧化銨、氫氧化鈉、硝酸、硫酸中的一種或多種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及催化劑制備領(lǐng)域，公開一種鋯負(fù)載氧化銥型PEMWE陽極催化劑的制備方法，包括分散：將二氧化鋯作為待負(fù)載的載體粉末投入銥分散液中并將其在分散液中均勻分散，獲得載體溶劑混合液；蒸發(fā)：將混合好的分散液均勻干燥，使銥前驅(qū)體均勻分布在載體表面；混合：向混合物中加入熔融鹽并將熔融鹽與負(fù)載前驅(qū)物均勻混合；退火：將混合后的反應(yīng)物高溫煅燒結(jié)晶形成最終產(chǎn)物；洗滌：將煅燒退火后的粉末重新溶解，并用洗滌劑洗滌，洗滌后進(jìn)行干燥，得到鋯負(fù)載氧化銥催化劑。本發(fā)明制備方法，工藝原理簡單，無復(fù)雜操作和昂貴的耗材，優(yōu)點還包括可以大幅降低銥的用量、穩(wěn)定小活性顆粒以防止燒結(jié)和增加催化活性。

技術(shù)研發(fā)人員：張偉,王明臻
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中科焓能（安徽）新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15