一种多孔氧化铱及其制备方法与应用与流程

本技术涉及电催化材料，特别涉及一种多孔氧化铱及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着可再生能源的大规模接入与全球碳中和目标的推进，绿色氢能作为一种高能量密度、零碳排放的二次能源，正成为实现能源结构转型的关键载体。质子交换膜（pem）水电解因其启动快、电流密度高、系统体积紧凑等优势，在分布式氢气制备、可再生能源消纳及能源储存等领域显示出广阔的应用前景。

2、然而，pem水电解系统阳极发生的析氧反应（oer）处于强酸性、高电压、强氧化的苛刻工况，对配套阳极催化剂的催化活性与电化学耐久稳定性均提出严苛要求。现阶段氧化铱凭借自身耐酸腐蚀特性与优异析氧催化能力，是适配pem电解水体系最主流的阳极催化材料。

3、现有热分解法、溶胶-凝胶法、电沉积等常规工艺制备得到的氧化铱材料整体结构致密，材料比表面积偏低，内部铱活性位点暴露程度有限，金属铱利用效率较差。现有多孔氧化铱相关技术仅通过造孔工艺改善材料孔道结构，未对材料结晶度进行精准限定调控：结晶度偏高的氧化铱晶相占比过大，材料孔隙结构收缩团聚，活性位点数量大幅下降，oer催化活性不足；结晶度过低的氧化铱无稳定晶相骨架支撑，在酸性高电位电解环境下孔道结构易坍塌，铱元素溶出流失严重，催化剂长期运行稳定性大幅衰减。

4、目前公开技术中缺少结晶度可控、能够同时兼顾高析氧活性与长效电化学稳定性的多孔氧化铱材料。

技术实现思路

1、本技术是鉴于上述问题而进行的，其目的在于，提供一种多孔氧化铱，该多孔氧化铱的析氧催化活性与长期结构稳定性佳。

2、具体如下，

3、本技术的第一方面提供了一种多孔氧化铱，所述多孔氧化铱的结晶度为10%~30%。

4、该多孔氧化铱具有如下有益效果：

5、本发明限定结晶度为10%~30%，氧化铱适度的结晶结构能够在保证高催化活性的同时，提高材料骨架稳定性，降低酸性析氧条件下的ir溶出速率，从而改善催化剂长期运行稳定性。过低结晶度虽可提高初始活性，但易导致结构坍塌及性能快速衰减；而过高结晶度则会降低比表面积与活性位点数量，不利于电催化性能提升。

6、根据本发明的一些实施例，所述多孔氧化铱的结晶度为10%~20%。

7、根据本发明的一些实施例，所述多孔氧化铱的结晶度为15%~20%。

8、根据本发明的一些实施例，所述多孔氧化铱的结晶度为18%~20%。

9、根据本发明的一些实施例，所述多孔氧化铱的结晶度为18%。

10、根据本发明的一些实施例，所述多孔氧化铱的制备原料包括铱源、金属盐、碱性诱导剂和溶剂。

11、根据本发明的一些实施例，所述铱源为三氯化铱、硝酸铱、氯铱酸和氯铱酸铵中的至少一种。

12、根据本发明的一些实施例，所述金属盐选自硝酸钠、硝酸钾和硝酸锂中的至少一种。

13、根据本发明的一些实施例，所述碱性诱导剂选自氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾和碳酸钠中的至少一种。

14、根据本发明的一些实施例，所述溶剂为水、乙醇或其混合物中的至少一种。

15、根据本发明的一些实施例，所述铱源与金属盐的摩尔比为1:20~80。

16、根据本发明的一些实施例，所述铱源与金属盐的摩尔比为1:20~70。

17、根据本发明的一些实施例，所述铱源与金属盐的摩尔比为1:20~60。

18、根据本发明的一些实施例，所述铱源与碱性诱导剂的摩尔比为1:20~80。

19、根据本发明的一些实施例，所述铱源与碱性诱导剂的摩尔比为1:20~70。

20、根据本发明的一些实施例，所述铱源与碱性诱导剂的摩尔比为1:20~60。

21、根据本发明的一些实施例，所述铱源在溶剂中的物质的量浓度为0.5 mmol/l~3.5mmol/l。

22、根据本发明的一些实施例，所述铱源在溶剂中的物质的量浓度为1.0 mmol/l~3.0mmol/l。

23、根据本发明的一些实施例，所述铱源在溶剂中的物质的量浓度为1.0 mmol/l~2.0mmol/l。

24、本技术的第二方面提供了一种上述多孔氧化铱的制备方法，包括以下步骤：

25、将各制备原料混合均匀，干燥后进行分段煅烧，再将煅烧产物进行酸洗。

26、本发明基于碱诱导-金属盐协同作用的化学构筑策略，通过调控铱源、金属盐和碱性诱导剂在水相或混合溶剂体系中的反应行为，实现前驱体的构建与成分均匀分布。在干燥及后续煅烧过程中，形成多级孔道的多孔结构；同时，控制升温速率和煅烧温度，可有效调节最终产物的结晶性和结构稳定性，避免团聚和孔道坍塌。此外，在煅烧后的酸洗步骤中，去除残余杂质和不稳定结构，进一步优化材料的比表面积与孔道结构，提高活性位点的暴露度。

27、根据本发明的一些实施例，所述干燥的温度为90 ℃~120 ℃。

28、根据本发明的一些实施例，所述干燥的时间为12h~14h。

29、根据本发明的一些实施例，所述分段煅烧为第一段煅烧和第二段煅烧。

30、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的升温速率为1 ℃/min~6 ℃/min。

31、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的升温速率为1 ℃/min~5 ℃/min。

32、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的升温速率为2 ℃/min~3 ℃/min。

33、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的温度为300 ℃~400 ℃。

34、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的温度为330 ℃~380 ℃。

35、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的温度为340 ℃~350 ℃。

36、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的时间为1h~4h。

37、根据本发明的一些实施例，所述第一段煅烧的时间为3h~4h。

38、根据本发明的一些实施例，所述第二段煅烧的升温速率为2 ℃/min~10 ℃/min。

39、根据本发明的一些实施例，所述第二段煅烧的升温速率为2 ℃/min~8 ℃/min。

40、根据本发明的一些实施例，所述第二段煅烧的升温速率为5 ℃/min~6 ℃/min。

41、根据本发明的一些实施例，所述第二段煅烧的温度为400 ℃~750 ℃。

42、根据本发明的一些实施例，所述第二段煅烧的温度为450 ℃~700 ℃。

43、根据本发明的一些实施例，所述第二段煅烧的温度为5000 ℃~700 ℃。

44、根据本发明的一些实施例，所述酸洗的溶液为盐酸、硫酸和硝酸中的至少一种。

45、根据本发明的一些实施例，所述酸洗的溶液的浓度为0.05 mol/l~1 mol/l。

46、根据本发明的一些实施例，所述酸洗的时间为10 min~60 min。

47、本技术的第三方面提供了一种上述多孔氧化铱在电解水析氧反应、质子交换膜电解槽或锌空气电池中的应用。