本发明涉及氢能及电催化，具体涉及一种高导电的铱基负载型催化剂及其制备和应用。
背景技术：
1、在实现碳中和目标的过程中，由水电解产生的绿氢，作为化石能源的潜在替代品，在间歇性可再生能源的驱动下脱颖而出。其中，pem水电解技术因具有系统响应速度快、电流密度高、欧姆损耗低、系统设计紧凑、电解效率高、负载范围广、气体纯度高等优势，完全耦合可再生能源的波动性特点，是目前重点发展的水电解制氢技术。其中，阳极oer反应涉及四个电子的转移、具有较高的反应能垒，是pem水电解技术的主要瓶颈所在。因此，高性能oer催化材料的开发对推动pem水电解制氢产业的发展具有重大意义。
2、强酸性、电极反应过电位高以及阳极强氧化环境造成的腐蚀问题，导致目前商业化pem水电解均需采用高载量的铱基催化剂(2mgir/cm2)。然而，由于铱资源有限且成本较高，迫切需要在不牺牲电极耐久性和性能的前提下降低铱负载量，以实现pem水电解技术的大规模应用。
3、负载型催化剂，即采用大比表面积并具有耐腐蚀性的载体来负载催化剂是同时解决pem电解阳极稳定性和成本问题、提高耐久性的有效手段。大比表面积载体可有效促进小尺寸铱纳米粒子其表面的均匀分布，从而在不影响耐久性的前提最大限度地提高铱利用率。目前负载在抗氧化的tio2载体上的iro2是商业主流的负载型oer电催化剂。然而，由于tio2具有较低的电导率，导致催化层和气体扩散层之间具有较高的接触电阻，进一步限制其在高电流密度工况下的应用。开发高比表面积的导电载体，并实现催化剂在载体表面的均匀分布，是提升铱利用效率和耐久性的关键途径。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种高导电的铱基负载型催化剂及其制备和应用。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种高导电的铱基负载型催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、将二氧化钛粉末与在加热条件下会释放出氨气的氨类物质混合，得到均匀的粉末混合物；
5、s2、将步骤s1得到的粉末状混合物在惰性气氛中进行加热至400-600℃保温反应，再升温至500-800℃保温反应，然后冷却至室温，得到表面氨化的二氧化钛粉末；
6、s3、将步骤s2得到表面氨化的二氧化钛粉末用去离子水和乙醇洗净，干燥后得到高导电的二氧化钛载体；
7、s4、将铱源溶解在纯水中得到溶液a，将步骤s3中得到的高导电的二氧化钛载体分散在纯水中得到分散液b，将溶液a与分散液b混合搅拌得到均匀的混合液c；
8、s5、向步骤s4中所得的混合液c中加入碱类物质，室温下搅拌后，得到均匀混合液d；
9、s6、将步骤s5所得的均匀混合液d在搅拌条件下加热至70-90℃进行反应，反应完成后过滤并清洗滤饼，干燥后得到固体a；
10、s7、将步骤s6中所得的固体a在空气中进行中温烧结，得到高导电的铱基负载型催化剂。
11、进一步地，步骤s1中，二氧化钛粉末的平均粒径为20nm-2um；氨类物质为三聚氰胺、尿素、氨基酸、硝酸铵或硝铵；氨类物质的摩尔量是二氧化钛粉末的1-50倍。
12、进一步地，步骤s2中，惰性气氛为氩气或氮气，惰性气氛的流速为10-300sccm；加热至400-600℃后保温反应10-30min，升温至500-800℃后保温反应1-12h。
13、进一步地，步骤s4中，所述铱源为氯铱酸、三氯化铱、四氯化铱，氯铱酸铵、氯铱酸钾中的一种。
14、进一步地，步骤s5中，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸锂、氢氧化锂、氨水中的一种或多种。
15、进一步地，步骤s6中，将步骤s5所得的均匀混合液d在搅拌条件下加热至70-90℃后反应1-12h。
16、进一步地，步骤s3和s6中，所述干燥采用冷冻干燥、烘箱干燥、旋转蒸发干燥、真空干燥的一种或多种方式的组合。
17、进一步地，步骤s7中，在马弗炉、气氛炉或管式炉中进行中温烧结，中温烧结的温度为300-500℃，烧结时长为20min-120min。
18、本发明公开了一种上述制备方法制得的高导电的铱基负载型催化剂。
19、本发明还提供上述制备方法制得的高导电的铱基负载型催化剂在电解水阳极中的应用。
20、催化剂在酸性oer中的性能采用旋转圆盘电极测试，测试方法如下：采用电化学工作站辰华chi660e和旋转圆盘电极pine，其面积为0.196平方厘米，材质为玻碳。测试前，将催化剂材料制备成浆料，滴加6微升至旋转圆盘电极上，确保催化剂的载量达到0.2毫克/平方厘米，并自然风干。测试时，使用0.1摩尔每升的高氯酸作为电解液，标准氢电极作为参比电极，碳棒作为对电极。样品电极旋转速度设定为1600转/分钟，lsv测试的扫描速度为2毫伏/秒，重复测试直至曲线重合。最终，取重合后的最后一圈数据，过电位的确定方法是将电流密度为10毫安/平方厘米时对应的电压值减去1.23伏，以确保测试结果的准确性和可重复性。
21、本发明的优点及有益效果：
22、1、本发明方法通过氨化反应获得表面氨化的二氧化钛载体，有利于提高载体的电导率，在其上负载二氧化铱作为活性组分，制备出的催化剂贵金属含量较低，活性组分的尺寸小，并将其用于酸性电解水阳极时，具有优异的催化活性和良好的循环稳定性。载体电导率的提升可有效促进电化学反应动力学，有效降低催化剂在oer过程中的反应电位，促进反应的快速进行，可在不降低铱载量的情况下，提升催化剂的活性；
23、2、本发明方法中，由于氨化在二氧化钛载体中引入多余的电子，在oer过程中，多余的电子可从载体表面迁移至氧化铱催化剂中，减缓铱的氧化和溶解，有助于提升催化剂的长期稳定性。
24、3、本发明方法制备过程简单，反应设备简单，合成过程中不排放任何污染性气体，铱利用率在98％以上，易于工业化放大生产。
1.一种高导电的铱基负载型催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，二氧化钛粉末的平均粒径为20nm-2um；氨类物质为三聚氰胺、尿素、氨基酸、硝酸铵或硝铵；氨类物质的摩尔量是二氧化钛粉末的1-50倍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，惰性气氛为氩气或氮气，惰性气氛的流速为10-300sccm；加热至400-600℃后保温反应10-30min，升温至500-800℃后保温反应1-12h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述铱源为氯铱酸、三氯化铱、四氯化铱，氯铱酸铵、氯铱酸钾中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s5中，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸锂、氢氧化锂、氨水中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s6中，将步骤s5所得的均匀混合液d在搅拌条件下加热至70-90℃后反应1-12h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3和s6中，所述干燥采用冷冻干燥、烘箱干燥、旋转蒸发干燥、真空干燥的一种或多种方式的组合。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s7中，在马弗炉、气氛炉或管式炉中进行中温烧结，中温烧结的温度为300-500℃，烧结时长为20min-120min。
9.一种权利要求1-8任一所述制备方法制得的高导电的铱基负载型催化剂。
10.权利要求1-8任一所述制备方法制得的高导电的铱基负载型催化剂在电解水阳极中的应用。
