CN109453771A - 一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用 - Google Patents
一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109453771A CN109453771A CN201811346102.3A CN201811346102A CN109453771A CN 109453771 A CN109453771 A CN 109453771A CN 201811346102 A CN201811346102 A CN 201811346102A CN 109453771 A CN109453771 A CN 109453771A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pyrochlore materials
- pyrochlore
- materials
- preparation
- evaporated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 107
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- CALMYRPSSNRCFD-UHFFFAOYSA-J tetrachloroiridium Chemical compound Cl[Ir](Cl)(Cl)Cl CALMYRPSSNRCFD-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 12
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 11
- -1 nitrate compound Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 16
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 abstract description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 abstract 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 5
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 102000004316 Oxidoreductases Human genes 0.000 description 1
- 108090000854 Oxidoreductases Proteins 0.000 description 1
- YJZATOSJMRIRIW-UHFFFAOYSA-N [Ir]=O Chemical class [Ir]=O YJZATOSJMRIRIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000021050 feed intake Nutrition 0.000 description 1
- MWFSXYMZCVAQCC-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) nitrate Chemical compound [Gd+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O MWFSXYMZCVAQCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- WDVGLADRSBQDDY-UHFFFAOYSA-N holmium(3+);trinitrate Chemical compound [Ho+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O WDVGLADRSBQDDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N hypochlorous acid Chemical compound ClO QWPPOHNGKGFGJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- CFYGEIAZMVFFDE-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);trinitrate Chemical compound [Nd+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O CFYGEIAZMVFFDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- YWECOPREQNXXBZ-UHFFFAOYSA-N praseodymium(3+);trinitrate Chemical compound [Pr+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YWECOPREQNXXBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003460 sulfonic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- YJVUGDIORBKPLC-UHFFFAOYSA-N terbium(3+);trinitrate Chemical compound [Tb+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YJVUGDIORBKPLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/56—Platinum group metals
- B01J23/63—Platinum group metals with rare earths or actinides
-
- B01J35/33—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
- C25B11/093—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
- C25B11/095—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one of the compounds being organic
-
- 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
Abstract
本发明公开了一类烧绿石材料，其结构式为R2Ir2O7，R为Ho、Tb、Gd、Nd、Pr中任一种。本发明还公开了上述烧绿石材料的制备方法，包括：将四氯化铱、R的硝酸化合物、一水柠檬酸和去离子水混合均匀，然后蒸干；将S1蒸干后物料置于烘箱中升温得到膨胀的前驱体凝胶；空气条件下，将前驱体凝胶一次升温，一次保温，降温，接着二次升温，二次保温，洗涤得到烧绿石材料。本发明还公开了上述烧绿石材料在酸性电催化产氧反应中作为催化剂的应用。本发明改变前驱体的种类，通过R位原子调控纳米催化剂，具有很好的电催化产氧的活性和稳定性，具有极大应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用。
背景技术
电化学分解水制氢是一种重要的缓解能源危机的化工手段，它由阳极的产氧反应和阴极的析氢反应组成，是一种可持续的、环保的可再生能源补充方法，已被广泛研究。析氢反应是一个二电子转移过程，而产氧反应是四质子耦合电荷转移的动力学过程，因此产氧是电解水反应的动力学决定过程，是目前限制电解水工艺工业化发展的关键因素。在电化学分解水制氢方面，酸性质子交换膜(PEM)电解槽相对于碱性电解槽具有低欧姆损耗、高电压效率、高气体纯度等优点。
目前，一般认为铱基和钌基催化剂是酸性条件下电催化产氧的最佳催化剂，而且在酸性条件下能稳定存在。但铱、钌贵金属的存储量稀少，成本高且本质活性低，因此，开发含铱金属含量较少、本征活性较高的催化剂对于酸性催化产氧是很有吸引力的和应用价值。
近年来，为了降低铱含量，许多努力主要集中在将铱氧化物分散到导电的高表面积载体上或掺杂非贵金属上。通过在氧化铱里掺杂镍、钴、铜等过渡金属，提高了表面活性面积、活性表面羟基覆盖率高以及d-轨道占位，研制出高活性、高稳定性的酸性催化产氧材料。另外还有一种很有前途的策略被开发出来，既能减少铱的使用，又能促进其内在活性，这就是合成复杂的铱氧化物，如铱酸氧化物、钙钛矿和烧绿石化合物，被发现具有优于标准IrO2催化剂的活性。尽管复合铱氧化物取得了不少进展，但对于其潜在的机理，特别是其催化活性与电子结构之间的潜在相关性，仍缺乏基本的了解，这对于未来高效电催化剂的设计至关重要。作为一类典型的5d铱氧化物的强相关电子***，烧绿石铱氧化物R2Ir2O7的电荷、自旋、轨道和晶格自由度相互耦合，诱发一个迷人的电子相图。此外，改变R离子半径大小可以修饰铱氧化物中Ir的5d电子关联，这可能提供了一个很好的平台来探索催化活性对电子结构的依赖关系。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用，通过不同的R原子调控其电子结构，使其在酸性电催化产氧反应中具有高活性和高稳定性，而且通过形成铱氧化物大大减少了贵金属的含量，从而发挥其在电催化产氧反应中大范围推广应用的潜在优势。
本发明提出的一类烧绿石材料，其结构式为R2Ir2O7，R为Ho、Tb、Gd、Nd、Pr中任一种。
本发明中通过控制R原子与Ir原子的原子比为1：1，在酸性电催化产氧反应作为催化剂，催化反应后原子比并未发生变化，催化性能稳定。
本发明提出的上述烧绿石材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将四氯化铱、R的硝酸化合物、一水柠檬酸和水混合均匀，然后蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至380-420℃，保温，降温，接着二次升温至850-950℃，保温，洗涤得到烧绿石材料。
优选地，S1中，蒸干温度为75-85℃。
优选地，S2中，烘箱温度为115-125℃。
优选地，S3中，一次升温的速度为4.5-5.5℃/min，一次保温时间为3-5h。
优选地，S3中，降温方式为自然降至室温。
优选地，S3中，二次升温的速度为4.5-5.5℃/min，二次保温时间为22-26h。
优选地，S3中，采用去离子水进行洗涤。
本发明提出的上述烧绿石材料在酸性电催化产氧反应中作为催化剂的应用。
本发明通过一步简单的溶胶凝胶法合成烧绿石材料材料R2Ir2O7，通过调节前驱体的投料来改变R的种类，实现了在0.1mol/L高氯酸条件下，具有很好的电催化产氧的活性和稳定性；这种氧化物结构既减少了贵金属，从而降低了催化剂的成本，又能通过R原子调节酸性的电催化产氧性能，提供了一个很好的平台来探索催化活性对电子结构的依赖关系。
附图说明
图1为本发明实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7、实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7、实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7、实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7、实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7的扫描电子显微镜像图谱。
图2为本发明实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7、实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7、实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7、实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7、实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7的X射线电子衍射图谱。
图3为本发明实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7、实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7、实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7、实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7、实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7和商用IrO2的LSV曲线。
图4为本发明实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7、实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7、实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7、实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7、实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7和商用IrO2的稳定性曲线。
图5为本发明实施例1-10所得烧绿石材料在酸性电催化产氧反应中作为催化剂的催化示意图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一类烧绿石材料，其结构式为R2Ir2O7，R为Ho、Tb、Gd、Nd、Pr中任一类。
实施例2
一类烧绿石材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将四氯化铱、Ho的硝酸化合物、一水柠檬酸和水混合均匀，然后蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至382℃，保温，降温，接着二次升温至948℃，保温，洗涤得到烧绿石材料。
实施例3
一类烧绿石材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将四氯化铱、Tb的硝酸化合物、一水柠檬酸和去离子水混合均匀，然后蒸干，蒸干温度为76℃；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温得到膨胀的前驱体凝胶，烘箱温度为123℃；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至384℃，一次升温的速度为5.2℃/min，保温3.5h，自然降至室温，接着二次升温至940℃，二次升温的速度为4.6℃/min，保温25h，采用去离子水进行洗涤，得到烧绿石材料。
实施例4
一类烧绿石材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将四氯化铱、Nd的硝酸化合物、一水柠檬酸和去离子水混合均匀，然后蒸干，蒸干温度为84℃；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温得到膨胀的前驱体凝胶，烘箱温度为116℃；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至415℃，一次升温的速度为4.6℃/min，保温4.5h，自然降至室温，接着二次升温至855℃，二次升温的速度为5.2℃/min，保温23h，采用去离子水进行洗涤，得到烧绿石材料。
实施例5
一类烧绿石材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将四氯化铱、Pr的硝酸化合物、一水柠檬酸和去离子水混合均匀，然后蒸干，蒸干温度为78℃；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温得到膨胀的前驱体凝胶，烘箱温度为118℃；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至390℃，一次升温的速度为4.9℃/min，保温4h，自然降至室温，接着二次升温至870℃，二次升温的速度为4.9℃/min，保温23h，采用去离子水进行洗涤，得到烧绿石材料。
实施例6
一类烧绿石材料Ho2Ir2O7的制备方法，包括如下步骤：
S1、将458.93mg六水硝酸钬、334.03mg四氯化铱、1.26g一水柠檬酸和60mL去离子水混合均匀，超声处理5min形成透明的溶液，然后80℃加热蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温至120℃，得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至400℃，一次升温的速度为5℃/min，一次保温4h，自然降至室温，接着二次升温至900℃，二次升温的速度为5℃/min，二次保温24h，采用去离子水洗涤得到粒径为80-150nm的烧绿石材料Ho2Ir2O7。
实施例7
一类烧绿石材料Tb2Ir2O7的制备方法，包括如下步骤：
S1、将453.03mg六水硝酸铽、334.03mg四氯化铱、1.26g一水柠檬酸和60mL去离子水混合均匀，超声处理5min形成透明的溶液，然后80℃加热蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温至120℃，得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至400℃，一次升温的速度为5℃/min，一次保温4h，自然降至室温，接着二次升温至900℃，二次升温的速度为5℃/min，二次保温24h，采用去离子水洗涤得到粒径为280-300nm的烧绿石材料Tb2Ir2O7。
实施例8
一类烧绿石材料Gd2Ir2O7的制备方法，包括如下步骤：
S1、将451.36mg六水硝酸钆、334.03mg四氯化铱、1.26g一水柠檬酸和60mL去离子水混合均匀，超声处理5min形成透明的溶液，然后80℃加热蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温至120℃，得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至400℃，一次升温的速度为5℃/min，一次保温4h，自然降至室温，接着二次升温至900℃，二次升温的速度为5℃/min，二次保温24h，采用去离子水洗涤得到粒径为300-350nm的烧绿石材料Gd2Ir2O7。
实施例9
一类烧绿石材料Nd2Ir2O7的制备方法，包括如下步骤：
S1、将438.35mg六水硝酸钕、334.03mg四氯化铱、1.26g一水柠檬酸和60mL去离子水混合均匀，超声处理5min形成透明的溶液，然后80℃加热蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温至120℃，得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至400℃，一次升温的速度为5℃/min，一次保温4h，自然降至室温，接着二次升温至900℃，二次升温的速度为5℃/min，二次保温24h，采用去离子水洗涤得到粒径为450-500nm的烧绿石材料Nd2Ir2O7。
实施例10
一类烧绿石材料Pr2Ir2O7的制备方法，包括如下步骤：
S1、将435.01mg六水硝酸镨、334.03mg四氯化铱、1.26g一水柠檬酸和60mL去离子水混合均匀，超声处理5min形成透明的溶液，然后80℃加热蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温至120℃，得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至400℃，一次升温的速度为5℃/min，一次保温4h，自然降至室温，接着二次升温至900℃，二次升温的速度为5℃/min，二次保温24h，采用去离子水洗涤得到粒径为400-500nm的烧绿石材料Pr2Ir2O7。
将实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7、实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7、实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7、实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7、实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7进行电镜扫描，其结果如图1所示。由图1可知：本发明所得烧绿石材料R2Ir2O7的粒径为80-500nm。
将实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7、实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7、实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7、实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7、实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7进行X射线电子衍射，其结果如图2所示。由图2可知：本发明所得烧绿石材料R2Ir2O7成相均一，与标准卡片对应完好。
将实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7、实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7、实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7、实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7、实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7作为催化剂的催化示意图如图5所示，将Ho2Ir2O7、Tb2Ir2O7、Gd2Ir2O7、Nd2Ir2O7、Pr2Ir2O7进行酸性电催化产氧的催化性能测试，具体如下：
将1mg本发明所得烧绿石材料R2Ir2O7与4mg XC-72活性炭混合，加入到0.5mL的乙醇、0.4mL的水和0.03mL的全氟磺酸混合溶液中，超声1h，然后取4μL的样品滴于直径为3mm的玻碳电极上，干燥之后作为工作电极，在0.1mol/L的HClO4溶液中测定其作为电化学分解水制氧催化剂的活性；其中线性扫描伏安法的扫描速度为5mV/s，所得LSV曲线如图3所示，所得稳定性曲线如图4所示。
由图3可知：在10mA/cm2时，实施例6所得烧绿石材料Ho2Ir2O7的过电位为297mV，实施例7所得烧绿石材料Tb2Ir2O7的过电位为325mV，实施例8所得烧绿石材料Gd2Ir2O7的过电位为353mV，实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7的过电位为396mV，实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7的过电位为408mV，表明本发明所得烧绿石材料R2Ir2O7的催化性能是优于商用IrO2的。
由图4可知：实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7和实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7经10000s恒电流测试后，在10mA/cm2时实施例9所得烧绿石材料Nd2Ir2O7和实施例10所得烧绿石材料Pr2Ir2O7的过电位分别仅提高了29％和18％，表明本发明所得烧绿石材料R2Ir2O7的催化稳定性好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一类烧绿石材料，其特征在于，其结构式为R2Ir2O7，R为Ho、Tb、Gd、Nd、Pr中任一种。
2.一类如权利要求1所述烧绿石材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将四氯化铱、R的硝酸化合物、一水柠檬酸和水混合均匀，然后蒸干；
S2、将S1蒸干后物料置于烘箱中升温得到膨胀的前驱体凝胶；
S3、空气条件下，将前驱体凝胶一次升温至380-420℃，保温，降温，接着二次升温至850-950℃，保温，洗涤得到烧绿石材料。
3.根据权利要求2所述烧绿石材料的制备方法，其特征在于，S1中，蒸干温度为75-85℃。
4.根据权利要求2或3所述烧绿石材料的制备方法，其特征在于，S2中，烘箱温度为115-125℃。
5.根据权利要求2-4任一项所述烧绿石材料的制备方法，其特征在于，S3中，一次升温的速度为4.5-5.5℃/min，一次保温时间为3-5h。
6.根据权利要求2-5任一项所述烧绿石材料的制备方法，其特征在于，S3中，降温方式为自然降至室温。
7.根据权利要求2-6任一项所述烧绿石材料的制备方法，其特征在于，S3中，二次升温的速度为4.5-5.5℃/min，二次保温时间为22-26h。
8.根据权利要求2-7任一项所述烧绿石材料的制备方法，其特征在于，S3中，采用去离子水进行洗涤。
9.一类如权利要求1所述烧绿石材料在酸性电催化产氧反应中作为催化剂的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811346102.3A CN109453771A (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811346102.3A CN109453771A (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109453771A true CN109453771A (zh) | 2019-03-12 |
Family
ID=65610169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811346102.3A Pending CN109453771A (zh) | 2018-11-13 | 2018-11-13 | 一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109453771A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111689531A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-22 | 中国科学院物理研究所 | 低热导金属性材料及其制备方法 |
| CN115970688A (zh) * | 2023-01-19 | 2023-04-18 | 江苏擎动新能源科技有限公司 | 一种催化剂及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101022887A (zh) * | 2004-09-18 | 2007-08-22 | 约翰森·马瑟公开有限公司 | 具有烧绿石结构的化合物及其作为水煤气变换反应中的催化剂载体的用途 |
| CN104591267A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 济南大学 | 一种多功能型单相烧绿石结构的锡酸钕纳米球复合氧化物材料 |
| CN105026316A (zh) * | 2013-07-11 | 2015-11-04 | 沙特基础工业全球技术公司 | 制备烧绿石的方法 |
| CN108144607A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-12 | 吉林大学 | 铱酸锶类催化剂、制备方法及其在电催化裂解酸性水产氧方面的应用 |
-
2018
- 2018-11-13 CN CN201811346102.3A patent/CN109453771A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101022887A (zh) * | 2004-09-18 | 2007-08-22 | 约翰森·马瑟公开有限公司 | 具有烧绿石结构的化合物及其作为水煤气变换反应中的催化剂载体的用途 |
| CN105026316A (zh) * | 2013-07-11 | 2015-11-04 | 沙特基础工业全球技术公司 | 制备烧绿石的方法 |
| CN104591267A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 济南大学 | 一种多功能型单相烧绿石结构的锡酸钕纳米球复合氧化物材料 |
| CN108144607A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-06-12 | 吉林大学 | 铱酸锶类催化剂、制备方法及其在电催化裂解酸性水产氧方面的应用 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| DAIKI YANAGISHIMA: "Metal-Nonmetal Changeover in Pyrochlore Iridates", 《JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN》 * |
| HIROSHI TAKATSU ET AL: "Comparative study of low-temperature x-ray diffraction experiments on R2Ir2O7 (R = Nd, Eu, and Pr)", 《PHYSICAL REVIEW B》 * |
| JAEMIN KIM,: "High-Performance Pyrochlore-Type Yttrium Ruthenate Electrocatalyst for Oxygen Evolution Reaction in Acidic Media", 《J. AM. CHEM. SOC.》 * |
| KAZUYUKI MATSUHIRA ET AL，: "Metal–Insulator Transitions in Pyrochlore Oxides Ln2Ir2O7", 《JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN》 * |
| KAZUYUKI MATSUHIRA ET AL: ""Metal–Insulator Transitions in Pyrochlore Oxides Ln2Ir2O7"", 《JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN》 * |
| PEI-CHIEH SHIH ET AL: "Single-Phase Pyrochlore Y2Ir2O7 Electrocatalyst on the Activity of Oxygen Evolution Reaction", 《ACS APPL. ENERGY MATER.》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111689531A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-22 | 中国科学院物理研究所 | 低热导金属性材料及其制备方法 |
| CN111689531B (zh) * | 2020-06-03 | 2021-05-25 | 中国科学院物理研究所 | 低热导金属性材料及其制备方法 |
| CN115970688A (zh) * | 2023-01-19 | 2023-04-18 | 江苏擎动新能源科技有限公司 | 一种催化剂及其制备方法 |
| CN115970688B (zh) * | 2023-01-19 | 2023-10-13 | 江苏擎动新能源科技有限公司 | 一种催化剂及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110227496B (zh) | 一种纳米片组成的微球状Fe掺杂二硫化三镍纳米结构材料、制备方法及应用 | |
| CN109225270B (zh) | 一种Ni3S2@NiV-LDH异质结构双功能电催化剂、制备方法及用途 | |
| CN106025302A (zh) | 一种单胞厚度纳米多孔四氧化三钴纳米片阵列电催化材料 | |
| CN111672514A (zh) | 一种双功能电催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN108531938A (zh) | 一种用于析氧反应的三维多级结构钴镍铝三元金属电催化剂及其制备和使用方法 | |
| Xue et al. | CoSe x nanocrystalline-dotted CoCo layered double hydroxide nanosheets: a synergetic engineering process for enhanced electrocatalytic water oxidation | |
| CN110639534B (zh) | 一种析氧电催化材料及其制备方法和应用 | |
| KR101901223B1 (ko) | 자동차용 연료전지를 위한 다기능성 비백금 담지 촉매 및 그 제조 방법 | |
| CN111450851B (zh) | 一种硫掺杂的钴基纳米析氧电催化剂的制备方法 | |
| CN110611105B (zh) | Orr催化剂的制备方法 | |
| Liu et al. | Defect-engineered CoMoO4 ultrathin nanosheet array and promoted urea oxidation reaction | |
| Ambriz-Peláez et al. | Defected NiFe layered double hydroxides on N-doped carbon nanotubes as efficient bifunctional electrocatalyst for rechargeable zinc–air batteries | |
| CN110846680A (zh) | 一种多缺陷和活性位点的电催化剂的制备方法 | |
| CN111468120B (zh) | 一种由CoFeNiOX组成的分层空心纳米笼电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN109453771A (zh) | 一类烧绿石材料的制备及其在电催化产氧中的应用 | |
| Song et al. | Progress and perspective of single‐atom catalysts for membrane electrode assembly of fuel cells | |
| CN113948725B (zh) | 一种双功能微孔层式气体扩散层的制备方法、气体扩散层及催化电极 | |
| CN114959791A (zh) | 一种Mg掺杂的NiFe基（氧）氢氧化物的制备方法及其析氧电催化应用 | |
| EP3670702A1 (en) | Electrode material | |
| CN111111718A (zh) | 一种基于二元ldh衍生的多元金属磷掺杂电催化剂的制备方法 | |
| CN113774425B (zh) | 一种Ru修饰FeCo@NF电催化剂的制备方法及应用 | |
| CN111151281A (zh) | 一种C3N4修饰的Co3O4自负载超薄多孔纳米片及其制备方法和应用 | |
| CN112779559B (zh) | 一种高效晶界催化剂的制备方法及其质子交换膜电解槽应用 | |
| CN116770323A (zh) | 铱单位点修饰的钴尖晶石电催化材料及电催化剂 | |
| CN116510766A (zh) | 一种二维MOF衍生的RuCo/NC纳米复合材料及其制备方法与电催化全解水的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190312 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |