一种大比表面铱黑及其制备方法与流程

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种大比表面铱黑的制备方法。

背景技术：

铱是当今新能源领域中不可或缺的重要材料，对于现有的研究，在所有贵金属中，ir是唯一一种在酸性介质中同时具备高的析氧反应(oer)和氧气还原反应(orr)活性的元素。iro2主要应用于oer，而单质ir则主要通过与贵金属pt和pd等的作用应用于orr。铱在金属态时具有较好的电子传输能力，因此铱黑在气敏装置与水电解电池中应用广泛。铱(ir)及其氧化物具有优异的析氧和析氢等电催化性能且具有良好的抗中毒能力、耐腐烛、电导能力强等特点，且铱黑具有高的比表面积，更有利于反应活性位的暴露，从而可有效控制贵金属的使用量并获得良好的催化效果，对氯氧还原、甲酸和乙醇的电化学催化氧化都展现出良好的电催化活性。在氧化铝或其他载体上浸渍活性金属铱并经过特殊处理制得的催化剂，根据不同的使用要求，催化剂的活性金属铱含量通常为0.3％～30％，铱黑作为负载型催化剂主要应用在汽车尾气中nox化物的脱除、火箭发动机用肼分解及不饱和碳烃化合物的加氢反应。应用于催化领域的ir需要具备反应活性高、催化效率高、吸附能力强的优异性质，这就需要ir具备很大的比表面积。

韩益苹等人进行了氨氧化铱黑催化剂的制备，其工艺为，将nh4f、h3bo3与ircl3按一定比例溶于水中，超声混合30分钟，用氨水调节ph至8-9后，在超声条件下滴加一定量nabh4并继续超声30分钟，过滤、洗涤后，55℃干燥12小时，即制得铱黑催化剂，所得到的铱粉为纳米级，但该方法所制备铱黑比表面积小于20m2/g且未提及纯度。

清华大学的李亚栋等人制备出了铱黑纳米晶粒，在制备过程中，将氯铱酸与乙醇，亚油酸，亚油酸盐等混合后装入晶化釜，在固态，油相与水相界面上发生相转移和分离过程从而制备出铱纳米粒子。本发明所制备的铱纳米粒子大小均一，粒径统一，实现了单分散合成，有利于提高催化剂比表面积和催化活性；由于铱黑粒径均一，在电化学性能上表现出很高的催化活性和长期稳定性。该专利未提及铱黑的纯度与具体的比表面积。

美国的stowellc.a.和korgelb.a.公布了一种铱纳米晶的制备方法，具体步骤为：在氮气保护的条件下将存在于二辛醚中的铱前驱体用十六烷二醇还原出来，还原温度为290℃，反应结束后，铱纳米晶用己醇沉淀并初步离心，去除上清液，将铱纳米晶在三氯甲烷中重新分散并用己醇重新沉淀出来再离心，重复此洗涤步骤确保除去铱纳米晶中混杂的有机物和副产物，得到的铱纳米颗粒粒度在1.5-5nm，该产品催化活性高，稳定性良好。该方法需多次洗涤、沉淀，有机杂质难于除净，且未提及比表面积。

韩益苹,罗鹏,蔡称心,等.超细ir催化剂对氨氧化的电催化性能[j].物理化学学报,2008,24(9):1729-1732.

wangx,zhuangj,liyd,etal.ageneralstrategyfornanocrystalsynthesis.[j].nature,2005,437(7055):121.

stowellca,korgelba.iridiumnanocrystalsynthesisandsurfacecoating-dependentcatalyticactivity[j].nanoletters,2005,5(7):1203-1207.

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大比表面铱黑的制备方法，在保证纯度的同时，尽量提高粉末球形度，增大其表面积。

本发明的铱黑粉末为类球形，流散性好，粒径1～10μm，平均粒径为5μm，纯度大于99.95％，比表面积大于30m2/g。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

(1)超声溶解:将氯铱酸铵溶于一定量的去离子水中并超声强化；

(2)喷雾干燥:将步骤(1)所得溶液进行喷雾干燥处理，得到微米级、类球形氯铱酸铵粉末；

(3)微波煅烧：将氯铱酸铵粉末置于微波炉通氮气进行煅烧，使氯铱酸铵充分分解；

(4)洗涤、干燥：将步骤(3)所得粉末超声分散、洗涤、干燥后，获得大比表面铱黑粉末产品。

本发明通过雾化干燥及微波煅烧工艺，制备出了大比表面铱黑粉末，工艺流程简单，易于实施，所得粉末的纯度大于99.95％，类球形，流散性好，粒径1～10μm，比表面积大于30m2/g。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明铱黑粉末的xrd分析图谱；

图3a和图3b为本发明铱黑粉末的sem图。

具体实施方式

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考实例对发明进行详细描述及验证其效果。

实施例1

本发明所述铱黑粉通过如下工艺制得：

(1)超声溶解工艺：将氯铱酸铵(纯度＞99.95％)与离子水按质量比1:20混合溶解，加超声强化，超声30min，制得成分均一的氯铱酸铵溶液；

(2)喷雾干燥工艺：将溶解好的氯铱酸铵溶液进行雾化干燥处理，喷雾干燥的条件为：控制液流量为5.0ml/min，雾化气压为0.5mpa，干燥温度为180℃，热空气流量为10.0l/min，制得类球形氯铱酸铵粉；

(3)微波煅烧工艺：将球形氯铱酸铵粉末置于微波炉通氮气进行煅烧，煅烧温度500℃，煅烧时间3h，使粉末充分分解；

(4)洗涤、干燥工艺：采用去离子水洗涤5次，干燥过程采用低温50℃干燥24h。

实施例2

与实施例1不同之处在于，所述超声溶解工艺：将氯铱酸铵(纯度＞99.99％)与离子水按质量比1:40混合溶解，加超声强化，超声40min。雾化造粒工艺为：控制液流量为10.0ml/min，雾化气压为0.5mpa，干燥温度为180℃，热空气流量为10.0l/min。所述微波煅烧工艺为：煅烧温度500℃，煅烧时间2h制得类球形铱黑粉，但部分粉末未成球状且团聚严重；

实施例3

与实施例1不同之处在于，所述雾化造粒工艺为：控制液流量为5.0ml/min，雾化气压为0.5mpa，干燥温度为140℃，热空气流量为10.0l/min。所述微波煅烧工艺为：煅烧温度600℃，煅烧时间3h，得到粒径为0.1～5μm的铱黑粉体，且有大量类球形粉体破碎；

实施例4

与实施例1不同之处在于，所述洗涤、干燥工艺：采用去离子水洗涤10次，干燥过程控制温度为100℃干燥24h。

比较例1

实施例2不同之处在于氯铱酸铵与离子水按质量比过大，雾化造粒过程中，液流量过大，使得造粒过程难以进行完全，部分氯铱酸铵颗粒并非球形，且团聚严重，煅烧时间不足，氯铱酸铵未分解完全。

比较例2

实施例3不同之处在于雾化干燥温度过低，使雾化造粒颗粒未能及时干燥完全，导致前驱体粉末颗粒破碎和团聚，煅烧温度过高，类球形颗粒进一步破碎。

比较例3

实施例4不同之处在于洗涤次数过多，干燥温度过高，所得铱黑粉末二次团聚，比表面积减小。

采用辉光放电质谱法法(gdms)对本发明制备的铱黑粉进行纯度检测，采用比表面测试仪对铱黑粉进行比表面分析，结果如表1和表2所示。

表1铱黑粉杂质分析结果。

表2铱黑粉比表面分析结果。

表1大比表面铱黑粉杂质分析结果

一种微米级球形致密钨铱粉体及其制备方法

注：采用gdms分析检测

表2大比表面铱黑粉比表面分析结果

注：采用比表面测试仪分析检测。