[发明专利]一种介孔铑空心纳米纤维电催化剂及其制备方法

说明书

一种介孔铑空心纳米纤维电催化剂，由如下方法制备：首先配氯铑酸钾、氯化镍和盐酸溶液，随后将氯化镍溶液在磁力搅拌下溶于乙二醇中，混合均匀，将反应液置于油浴锅中，再加入水合肼反应，反应结束，待冷却到室温，先用乙醇混合均匀后离心，将得到的镍纳米纤维用水离心洗涤，再分散在水中备用，然后取PEO‑b‑PMMA超声分散在四氢呋喃中，将水、氯铑酸钾溶液和盐酸滴加到上述溶液中，然后超声，最后加入镍纳米纤维，混合液在水浴反应，将得到的产物用水离心洗涤，在真空烘箱中干燥。以及提供一种介孔铑空心纳米纤维电催化剂的制备方法。本发明制备工艺简单、重复性好、产物产率高、能够大剂量合成，便于工业化生产。

(一)技术领域

本发明涉及一种介孔铑空心纳米纤维电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电化学催化甲醇氧化反应的研究。

(二)背景技术

全球能源危机和生态问题促使对可再生能源技术的需求。目前，碱性燃料电池因能量密度大、转换效率高、便携性好、排放低而受到广泛关注。然而，阳极缓慢的甲醇氧化反应动力学阻碍了碱性燃料电池的大规模商业化。迄今为止，铂基纳米电催化剂被认为是碱性甲醇氧化反应中最有效的电催化剂之一(Nie,Y.；Li,L.；Wei,Z.,Recent advancementsin Pt and Pt-free catalysts for oxygen reduction reaction.Chem.Soc.Rev.2015,44,2168-2201)。然而铂催化剂通常具有很高的过电势、较弱的耐CO能力，导致电化学耐久性大大降低。因此，开发高效、高稳定性的甲醇氧化反应电催化剂是迫切需要的，同时也是一个巨大的挑战。

在甲醇氧化反应中，亲氧的金属铑表面吸附的CO可以被容易地脱除，因此铑基电催化剂表现出对CO中毒较好的抗性，但是其电化学活性较低。为了提高铑基电催化剂的性能，近年来人们进行了研究，合成了不同结构的铑基电催化剂，如中空铑纳米球(Kang,Y.Q.；Xue,Q.；Zhao,Y.；Li,X.F.；Jin,P.J.；Chen,Y.Selective Etching InducedSynthesis of Hollow Rh Nanospheres Electrocatalyst for Alcohol OxidationReactions.Small 2018,14,1801239)和铑纳米片(Zhu,J.-Y.；Chen,S.；Xue,Q.；Li,F.-M.；Yao,H.-C.；Xu,L.；Chen,Y.Hierarchical Porous Rh Nanosheets for MethanolOxidation Reaction.Appl.Catal.B 2020,264,118520)等。其中，一维纳米纤维结构被认为具有促进电子传递、促进传质、延长使用寿命、抑制机械降解和加速电化学响应等作用。近年来，俞书宏课题组报道了一种以阳极氧化铝作为硬模板，电沉积法合成了钯、铂、金、银等贵金属纳米纤维(Cui,C.H.；Li,H.H.；Yu,S.H.A General Approach toElectrochemical Deposition of High Quality Free-Standing Noble Metal(Pd,Pt,Au,Ag)Sub-Micron Tubes Composed of Nanoparticles in Polar AproticSolvent.Chem.Commun.2010,46(6),940-2)。但该方法生长速度难以控制，合成工艺复杂，限制了其广泛应用。于是，牺牲模板法成为一种合成纳米纤维的有效而方便的策略。由于介孔纳米结构具有高孔隙率、高分布的开孔结构和丰富的比表面积等特征受到广泛研究。使用介孔二氧化硅为模板的硬模板法被认为是制备规则介孔的有效方法。该方法合成步骤较多，且孔结构被堵塞，因此改用聚合物胶束模板是实现催化剂介孔结构的另一有效策略。然而，由于铑比其他贵金属具有更大的表面能，使得这种方法难以制备出具有介孔的铑基纳米材料。因此，设计具有规则介孔的铑纳米结构具有挑战性。

(三)发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种介孔铑空心纳米纤维电催化剂及其制备方法，以及对催化电化学甲醇氧化反应进行研究。

本发明采用的技术方案是：