[发明专利]非晶态铱纳米材料及其制备和应用

说明书

本发明公开一种非晶态铱纳米材料及其制备和应用，其中，非晶态铱纳米材料的制备方法包括以下步骤，S10：将三氯化铱、N,N‑二甲基甲酰胺和去离子水按比例混合形成三氯化铱混合液；S20：将三氯化铱混合液置于水热釜中加热，使之充分反应，并将充分反应后的三氯化铱混合液冷却至室温得到非晶态铱纳米样品溶液。采用本发明的制备方法，通过选取合适的反应原料，仅通过简单的水热反应即可制备得到非晶态铱纳米材料，制备方法简单易行；而且，制得的非晶态铱纳米材料具有特殊的无序原子结构，当其作为催化剂时，能够提供比晶体结构的铱纳米材料更多的活性位点，因此，具有更高的催化活性。

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，具体涉及一种非晶态铱纳米材料及其制备和应用。

背景技术

氢作为可再生的清洁能源，成为替代石油等不可再生能源的首选能源。在实际应用中，质子交换膜(Proton Exchange Membrane Fuel，简称PEM)电解槽分解水作为一种有效的制氢方法得到了广泛的应用。

在PEM电解槽分解水过程中包括均需要电催化剂来降低电化学反应过电位的电催化剂析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，简称HER，是指通过电化学的方法使用催化剂产生氢气)和析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，简称OER，是指经过一系列反应产生氧气的过程)两个半反应，其中，OER存在反应动力学缓慢的问题。

为了解决缓慢的OER动力学的问题，需要提供一种能够克服高活化能并将其拖向较低电位的电催化剂。催化剂在酸性OER中的活性差也是一个限制因素，因此需要设计更高效、更经济的酸性OER催化剂。铱、钌等贵金属纳米材料催化剂作为目前公认最佳的氧析出催化剂，成为电催化剂改进的首选。有研究表明非晶纳米材料由于具有无序原子结构和大量随机取向键，在其表面形成丰富的缺陷和配位不饱和位点，使其具有比晶体材料更优的催化性能。但是，由于金属键的键能很强且具有各向同性，采用传统方法制备得到的贵金属纳米材料通常是结晶性的，无法轻易制备非晶态贵金属纳米材料。因此，如何获得非晶纳米贵金属材料，成为改进OER电催化剂的一个方向。

发明内容

为了解决非晶态贵金属纳米材料难以制备的问题，发明人进行了大量的研究和实验，偶然发现一种能够制得非晶态铱纳米材料的制备方法。

该非晶态铱纳米材料的制备方法包括以下步骤：

S10：将三氯化铱、N,N-二甲基甲酰胺和去离子水按比例混合形成三氯化铱混合液；

S20：将三氯化铱混合液置于水热釜中加热，使之充分反应，并将充分反应后的三氯化铱混合液冷却至室温得到非晶态铱纳米样品溶液。

采用本发明的制备方法，通过选取合适的反应原料，仅通过简单的水热反应即可制备得到非晶态铱纳米材料，制备方法简单易行；而且，由于非晶态铱纳米材料具有特殊的无序原子结构，当其作为催化剂时，能够提供比晶体结构的铱纳米材料更多的活性位点，因此，具有更高的催化活性。

在一些实施方式中，在步骤S20中，将三氯化铱混合液置于反应釜中加热，使之充分反应实现为包括：将三氯化铱混合液加热至140℃～160℃，并保温48h～72h。以保证三氯化铱和N,N-二甲基甲酰胺能够充分反应。

在一些实施方式中，将三氯化铱混合液加热至140℃～160℃时的升温速度为0.5℃/min～1.5℃/min。由此，可以尽可能地避免副反应的发生。

在一些实施方式中，在步骤S20中，将充分反应后的三氯化铱混合液冷却至室温实现为：先将充分反应后的三氯化铱混合液以0.1℃/min～1℃/min的降温速度冷却至120℃，再自然降温至室温，其中，降温过程均在反应釜中进行。从而，可以得到非晶态铱纳米样品溶液。