酸性介質(zhì)下水電解析氧催化材料研究.pdf

1、氫能具有清潔、高效、來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，而被人們認(rèn)為是未來(lái)最理想的能源載體。目前，制備氫氣的方法很多。其中，固體聚合物電解質(zhì)(solid polymerelectrolyte，SPE)電解水制氫技術(shù)以其效率高、環(huán)境友好、可提供高壓氫氣、產(chǎn)氣純度高、安全、結(jié)構(gòu)緊湊以及能量波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在制氫技術(shù)的發(fā)展中占據(jù)相當(dāng)重要的位置，但是過(guò)高的成本制約了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。
　　本文從降低貴金屬催化劑載量、提高電催化劑催化活性方面入手，采用

2、載體技術(shù)，探索TiO2在SPE電解水陽(yáng)極催化劑載體上的應(yīng)用;研究了TiO2載體表面微觀結(jié)構(gòu)和催化劑的擔(dān)載量對(duì)IrO2催化活性的影響。同時(shí)，探討了W、Ta摻雜元素以及熱處理對(duì)載體和催化劑的影響。
　　采用亞當(dāng)斯熔融法，以H2IrCl6·6H2O為原料，在不同的TiO2載體表面合成復(fù)合催化劑。通過(guò)比表面積測(cè)試、X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、循環(huán)伏安法、電化學(xué)交流阻抗圖譜、單電池測(cè)試等手段對(duì)催化劑樣品的結(jié)構(gòu)及催化活性進(jìn)行表征。(1)、

3、結(jié)果表明TiO2載體的比表面積越低，復(fù)合催化劑的歐姆阻抗越小，催化劑有效活性面積越大，催化劑在單電池中的電解性能越優(yōu)異。TiO2載體的存在能夠細(xì)化IrO2晶粒尺寸，改善催化劑分布。(2)、熱處理后的W摻雜型載體實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，W摻雜濃度為10at％時(shí)，W摻雜型復(fù)合催化劑的電荷傳遞阻抗降低，摻雜元素促進(jìn)了反應(yīng)物之間的電荷傳導(dǎo)，40I-Ti0.9W0.1O2-2復(fù)合催化劑具有最大的催化活性面積，且耐久性良好。以Ti0.9W0.1O2-2為載體

4、，制備不同IrO2擔(dān)載量的復(fù)合催化劑，結(jié)果表明，在1 A/cm2的電流密度下，載量為60wt％的復(fù)合催化劑的極化電勢(shì)僅為1.832V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于純IrO2的催化活性。(3)、Ta摻雜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ta的摻雜量為30at％時(shí)，載體中析出的Ta2O5有助于提升載體與催化劑間電荷傳遞，催化劑的歐姆阻抗降低，電荷傳遞阻抗較小，催化活性較好。此外，膜電極陽(yáng)極側(cè)2.5mg/cm2的活性物質(zhì)載量導(dǎo)致40wt％催化劑載量的載體催化層厚度太厚，限制了催化劑