本發(fā)明屬于電催化材料，具體涉及一種負(fù)載型氧化銥基催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、氫能作為清潔替代能源，對(duì)解決全球能源危機(jī)與環(huán)境問(wèn)題具有重要意義，水電解制氫是氫能生產(chǎn)的核心途徑。在眾多電解水制氫體系中，pem電解水制氫的核心優(yōu)勢(shì)明顯，它以純水為原料，沒(méi)有傳統(tǒng)電解水體系的堿性電解液的腐蝕和污染問(wèn)題，獲得的氫氣經(jīng)過(guò)除水和脫氧后，純度可達(dá)99.999%以上，且質(zhì)子交換膜氣體滲透率低，氫氧交叉滲透風(fēng)險(xiǎn)低，系統(tǒng)安全性高。其緊貼膜兩側(cè)的電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得其具有很小的極間電阻，電解電壓可低至1.6?v甚至以下，能在高電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行，能量效率可達(dá)65%-80%，顯著優(yōu)于堿性電解水制氫，相同產(chǎn)氫量下電能消耗更少，長(zhǎng)期運(yùn)行可降低電力成本。
2、pem制氫的陽(yáng)極氧氣釋放反應(yīng)需高效催化劑降低過(guò)電位，由于其陽(yáng)極催化劑層在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氫離子，使得其表面ph值<3，因此，常需采用高催化活性且耐酸的催化劑，其中iro2或者含氧化銥的復(fù)合型催化劑因穩(wěn)定性與催化活性優(yōu)異，成為pem電解水的首選陽(yáng)極催化劑，但銥資源稀缺、成本高昂，行業(yè)內(nèi)寄希望于將其負(fù)載在無(wú)催化活性的載體上，以減少其使用量，從而降低成本。
3、現(xiàn)有負(fù)載型iro2催化劑制備需購(gòu)買昂貴納米級(jí)ceo2/tio2/zro2載體，但實(shí)際購(gòu)入的納米載體顆粒往往團(tuán)聚非常嚴(yán)重，二次顆粒遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際要求，載體與iro2原料僅能機(jī)械混合，導(dǎo)致負(fù)載均勻性差、結(jié)合不牢固，既增加成本，又限制催化性能提升，難以滿足大規(guī)模商用需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載型氧化銥基催化劑及其制備方法，所述催化劑以氧化鈰、氧化鈦或氧化鋯等氧化物為載體，原位負(fù)載氧化銥，具有氧化銥載量可控、負(fù)載均勻性高、結(jié)合牢固、貴金屬銥利用率高、制備工藝簡(jiǎn)單以及成本低的優(yōu)點(diǎn)，適用于質(zhì)子交換膜電解水陽(yáng)極析氧反應(yīng)，能夠在酸性介質(zhì)中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
2、本發(fā)明的目的還在于提供一種負(fù)載型氧化銥基催化劑的應(yīng)用。
3、本發(fā)明提供了一種負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
4、1）將載體原料、分散介質(zhì)和銥原料混合得到前驅(qū)體混合物；
5、2）將前驅(qū)體混合物進(jìn)行煅燒處理，完成后經(jīng)清洗和干燥后得到所述負(fù)載型氧化銥基催化劑。
6、步驟1）中，所述載體原料為硝酸鈰、硝酸鈰銨、硫酸氧鈦、硝酸鋯或硝酸氧鋯中的一種或多種。
7、步驟1）中，所述分散介質(zhì)為硝酸鈉或者硝酸鉀中的一種或多種。
8、步驟1）中，所述銥原料為氯化銥或氯銥酸中的一種或多種。
9、步驟1）中，所述前驅(qū)體混合物中載體原料、分散介質(zhì)和銥原料的質(zhì)量比為1:1~100:0.2~2。
10、步驟2）中，所述煅燒處理的溫度為330~550℃，煅燒時(shí)間為5~300min，氣體氛圍為空氣。
11、優(yōu)選地，步驟2）中，清洗和干燥后增加回爐煅燒處理，回爐煅燒處理完成后，再經(jīng)研磨得到所述負(fù)載型氧化銥基催化劑；所述回爐煅燒處理的煅燒溫度為350-600?℃，煅燒時(shí)間為10-120?min，氣體氛圍為空氣；通過(guò)回爐煅燒處理以增強(qiáng)iro2與載體的結(jié)合強(qiáng)度，提升催化劑晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
12、本發(fā)明提供了一種使用上述制備方法制備的負(fù)載型氧化銥基催化劑。
13、本發(fā)明提供了一種負(fù)載型氧化銥基催化劑作為質(zhì)子交換膜電解水陽(yáng)極的催化劑的應(yīng)用
14、本發(fā)明提供了一種膜電極，所述膜電極使用本發(fā)明所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑作為活性物質(zhì)制備得到。
15、本發(fā)明所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑通過(guò)在硝酸鈉等分散介質(zhì)中加入載體原料，使其與銥原料同步或先行熱分解形成納米級(jí)載體，使氧化銥原位負(fù)載在氧化鈰或氧化鈦或氧化鋯表面，通過(guò)將載體和負(fù)載物在原料時(shí)進(jìn)行混合，獲得結(jié)合牢固，分布均勻的負(fù)載型氧化銥基催化劑。
16、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
17、1.實(shí)現(xiàn)了載體原位形成與iro2原位負(fù)載的一體化工藝，無(wú)需購(gòu)買昂貴的納米級(jí)ceo2、tio2或zro2等載體，顯著降低原料成本；
18、2.載體原料與銥原料混合，經(jīng)低溫煅燒獲得iro2均勻負(fù)載于納米級(jí)載體表面，負(fù)載均勻性高，iro2顆粒分散度高；
19、3.有效提高貴金屬銥利用率，在優(yōu)于商用性能的前提下有效減少銥用量；
20、4.所制備的負(fù)載型氧化銥基催化劑在質(zhì)子交換膜電解水陽(yáng)極析氧反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異性能，在60℃及1?a/cm2電流密度下初始電壓低于1.72?v。
1.一種負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1）中，所述載體原料為硝酸鈰、硝酸鈰銨、硫酸氧鈦、硝酸鋯或硝酸氧鋯中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1）中，所述分散介質(zhì)為硝酸鈉或者硝酸鉀中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1）中，所述銥原料為氯化銥或氯銥酸中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟1）中，所述前驅(qū)體混合物中載體原料、分散介質(zhì)和銥原料的質(zhì)量比為1:1~100:0.2~2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟2）中，所述煅燒處理的溫度為330~550?℃，煅燒時(shí)間為5~300min，氣體氛圍為空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑的制備方法，其特征在于，步驟2）中，清洗和干燥后增加回爐煅燒處理，回爐煅燒處理完成后，經(jīng)研磨得到所述負(fù)載型氧化銥基催化劑；所述回爐煅燒處理的煅燒溫度為350-600?℃，煅燒時(shí)間為10-120?min，氣體氛圍為空氣。
8.一種如權(quán)利要求1所述制備方法制備的負(fù)載型氧化銥基催化劑。
9.一種如權(quán)利要求8所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑作為質(zhì)子交換膜電解水陽(yáng)極的催化劑的應(yīng)用。
10.一種膜電極，其特征在于，所述膜電極使用如權(quán)利要求8所述的負(fù)載型氧化銥基催化劑作為活性物質(zhì)制備得到。