[发明专利]一种多面体Ir基纳米框电催化剂及其制备方法和在析氢反应中的应用

说明书

本发明公开了一种多面体Ir基纳米框电催化剂及其制备方法和在析氢反应中的应用，是以三氯化铱、硝酸镍和硝酸钴为前驱体，以油胺为溶剂、表面导向剂以及还原剂，以三氯化铁水合物为刻蚀剂，通过“先制备出Ir基晶种，再对晶种进行刻蚀”的两步法来合成尺寸以及形貌都较为均一的多面体Ir基纳米框(Ir、Co、Ni均一分布于整个框结构中)。本发明的方法简单易操作、重复性好且成本很低，所得电催化剂用于水裂解的阴极反应来制备清洁能源氢气，表现出了与商业Pt/C催化剂基本持平的优异催化性能。

技术领域

本发明属于贵金属纳米材料催化领域，具体涉及一种多面体Ir基纳米框电催化剂及其制备方法和在析氢反应中的应用。

背景技术

随着国家新发展战略的提出，新能源的重要性被不断强调，其中氢燃料作为一种可以代替不可再生化石能源的新燃料走入人们的视野。在工业制氢过程中电解水制氢是较为绿色环保的一种，但是由于水裂解催化剂缓慢的动力学，需要催化性能好的贵金属催化剂，阻碍水裂解的商业化应用。目前电解水析氢反应的困境在于很少有材料能够取代Pt基材料的地位。在现有体系的研究中，Ir是阴极催化剂中性能较好的一种贵金属元素，虽然它的性能略次于Pt，但是它接近于Pt的氢结合能以及在酸性介质中的高稳定性，决定了它有取代Pt基催化剂的潜力。在贵金属催化领域对于材料的改进方法主要是维度调控、组分调控、尺寸调控、形貌调控等，其中三维结构具有比表面积高、原子利用率高、高活性位点等优点，三维结构可以通过高度开放的内外表面大大增加催化材料与反应物的接触机会，从而提高催化剂活性与利用率；而在贵金属组分调控中，常用的手段是向贵金属体系中引入3d过渡金属来与贵金属形成合金，这样不仅可以使3d过渡金属与贵金属间形成电子协同效应来提升活性，而且引入3d过渡金属也可以起到控制成本的目的。

发明内容

本发明旨在提供一种具有高催化活性的多面体Ir基纳米框电催化剂及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多面体Ir基纳米框电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、向1～10mL油胺中依次加入0～20mg六水合硝酸镍、0～10mg六水合硝酸钴以及1～9mg三氯化铱水合物，搅拌均匀，然后超声至完全溶解，使体系生成均相溶液，即为前驱体溶液；

步骤2、将所述前驱体溶液在190～290℃下反应0.5～7h，然后冷却至室温，离心、洗涤，收集所得晶种并溶于5mL的无水乙醇中，获得晶种分散液；

步骤3、将100～500mg的六水合三氯化铁加入到1～5mL无水乙醇中并超声至溶解，然后加入到步骤2的晶种分散液中，超声刻蚀10～20min，所得产物经离心、洗涤，即获得多面体Ir基纳米框电催化剂。

作为优选，步骤1中的超声时间为20～90min。

作为优选，步骤2与步骤3中所述离心的转速为6000～12000rpm。

作为优选，步骤2与步骤3中所述洗涤是以环己烷和乙醇的混合液进行洗涤。

本发明所合成的多面体Ir基纳米框电催化剂用作电催化剂催化水裂解还原析氢反应，表现出不亚于商业铂碳的优异催化性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明以三氯化铱水合物、六水合硝酸镍和六水合硝酸钴为前驱体，以油胺为溶剂、表面导向剂以及还原剂，以三氯化铁水合物为刻蚀剂，通过“先制备出Ir基晶种，再对晶种进行刻蚀”的两步法来合成尺寸以及形貌都较为均一的多面体Ir基纳米框(Ir、Co、Ni均一分布于整个框结构中)，方法简单易操作、重复性好且成本很低。

2、本发明制备的多面体Ir基纳米框电催化剂用于水裂解的阴极反应来制备清洁能源氢气，表现出了与商业Pt/C催化剂基本持平的优异催化性能。

附图说明