海胆结构RuO₂@IrO₂纳米催化剂的制备及酸性析氧反应性能研究

摘要

在众多制氢技术中，质子交换膜（PEM）电解水制氢技术具有原料简单易得、产出氢气浓度高及操作简便等一系列优势。但PEM电解槽中析氧反应（OER）缓慢是电解水制氢的发展瓶颈，开发高效且稳定的电催化剂以提升OER动力学速率具有重要意义。氧化铱IrO₂在酸中的析氧反应（OER）中仅次于最活跃的RuO₂，但是其稳定性远远高于RuO₂。为了得到兼具高活性和高稳定性的催化剂，以纳米RuO₂作为内核采用亚当斯熔融法包裹IrO₂，制备了RuO₂@IrO₂的核壳结构催化剂。利用X射线衍射、X-射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电化学工作站对该材料的晶体结构、元素组成、表面形貌，进行了表征和分析。结果表明，该方法制备了一种具有海胆结构的RuO₂@IrO₂催化剂。负载适量IrO₂可以缓解RuO₂在析氧过程中的过度氧化溶解，对Ru O₂起到良好的保护作用，从而增强催化剂的稳定性。负载20%IrO₂的Ru O₂@IrO₂催化剂在高电流密度下展现出比Ru O₂颗粒更优的催化活性和稳定性，在100m A·cm-2电流密度下过电位低至364 mV，连续测试20 h，电位仅降低了29 mV。

关键词

质子交换膜电解水 / 析氧反应 / 氧化铱/钌 / 催化活性