RuIrOx电解水催化剂可控制备及其氧析出性能研究
最佳展示奖资助企业：
上海唐锋能源科技有限公司
企业导师： 吴爱明
指导教师： 沈水云
项目成员： 贺芋丞 刘秉升
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项目简介
项目概述
质子交换膜电解水技术（PEMWE）是极具应用前景的制氢技术。其中阳极侧氧析出反应（OER）是PEMWE的瓶颈之一。由于缺乏稳定高效且低成本的OER催化剂，PEMWE规模化应用受到阻碍。本项目制备了用于OER的铱钌二元氧化物与铱钌镍三元氧化物催化剂，研究了热处理温度、铱钌比例、镍掺杂比例等因素对催化剂氧析出性能的影响，通过电化学测试与物理化学表征测试揭示了催化剂的构效关系，为OER催化剂的设计与制备提供了潜在可行的方案。
项目目标
本项目主要目标在于利用简单快捷的方法可控合成高性能的OER催化剂，并研究催化剂的构效关系，具体如下：
1）研究铱钌二元氧化物催化剂中热处理温度与铱钌比例对性能的影响，得到最佳热处理温度与铱钌比例，并解释性能差异原因；
2）研究铱钌镍三元氧化物催化剂中镍掺杂比例与镍前驱体对性能的影响，得到最佳镍掺杂比例与镍前驱体，并解释性能差异原因；
3）在电解槽中进行放大实验，进一步验证催化剂性能。
项目成果
本项目成果如下：
1）利用碱性水解-热处理氧化法合成了OER催化剂，制备方法简单快捷且可控；
2）400℃热处理温度下制备的Ir0.4Ru0.6Ox催化剂在10 mA cm-2电流密度下过电势为241 mV，具有较高活性。100 mA cm-2电流密度下至少稳定运行50 h。Ir、Ru之间具有较强相互作用，二者相结合使催化剂同时利用了Ir的稳定性与Ru的活性；
3）以NiCl2·6H2O为前驱体制备的IrRuNi0.1Ox催化剂在10 mA cm-2电流密度下过电势为252 mV，在三电极电解池中，能够在10 mA cm-2电流密度下至少稳定运行280 h，在电解槽中，能够在1 A cm-2电流密度下至少稳定运行45 h。Ni掺杂有效调控了催化剂电子结构，对活性与稳定性具有促进作用。
