[发明专利]一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂材料技术领域，尤其涉及一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用，所述方法为：以无定形氢氧化钴纳米片为前驱体，将其均匀分散于水溶剂A中，获得溶液A；向溶液A中加入铱源混合均匀，获得溶液B；将所述溶液B进行紫外光照射处理，使金属铱以单原子形式负载于所述无定形氢氧化钴纳米片上，获得混合物A；将所述混合物A固液分离后，获得固体组分A，对所述固体组分A依次进行洗涤处理、冷冻干燥处理，即获得所述铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片。本发明方法操作简单，反应条件温和，能大量合成，节能且节约成本，有利于推广使用。

技术领域

本发明涉及催化剂材料技术领域，尤其涉及一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

氢气作为一种清洁和可再生的能源载体，有望成为化石燃料的替代品，为减少二氧化碳排放提供一种环境友好的解决方案。在众多制氢途径中，电催化水分解被认为是实现大规模制氢的可持续途径。然而，由于缓慢的动力学，电催化水分解的两个半反应之一的析氧反应被认为是限制电催化水分解效率的主要瓶颈。因此，迫切需要开发用于电催化水分解产氧的高活性电催化剂。

现有技术有研究指出，非晶态材料具有局部结构灵活性和丰富的配位不饱和位点，可以加速电荷转移，促进反应物的吸附和扩散。此外，铱是一种对电催化水分解产氧具有高催化活性的金属，但其稀缺性和高成本限制了广泛的商业应用。

为了解决上述技术问题，斯坦福大学YiCui等人报道提出了一种用于电催化水分解产氧的材料，其首先将Ni₉Fe氢氧化物(Ni₉FeOOH)和0.1mg/mL的IrCl₃(H₂O)₃分散在水中，然后在黑暗条件下，用液氮迅速将上述混合溶液冷冻为冰块。随后，将冷冻的冰块放在冷却台上并暴露在紫外光照射下，在零下35℃保持1小时，形成单原子铱分散在Ni₉FeOOH基底上。然而，该催化剂材料的合成条件苛刻，需要液氮进行预先冷冻，且整个紫外光照过程需要保持低温(-35℃)进行操作，提高了成本，不利于推广使用。

为此，本发明提供一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用。

本发明的一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以无定形氢氧化钴纳米片为前驱体，将其均匀分散于水溶剂A中，获得溶液A；

步骤2，向溶液A中加入铱源混合均匀，获得溶液B；

步骤3，将所述溶液B进行紫外光照射处理，使金属铱以单原子形式负载于所述无定形氢氧化钴纳米片上，获得混合物A；

步骤4，将所述混合物A固液分离后，获得固体组分A，对所述固体组分A依次进行洗涤处理、冷冻干燥处理，即获得所述铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片。

进一步地，所述无定形氢氧化钴纳米片与所述水溶剂A的用量比为0.8～1.2mg:1mL。

进一步地，所述铱源为氯化铱。

进一步地，所述铱源与所述溶液A中无定形氢氧化钴纳米片的用量比为0.005～0.03mmol:50mg。

进一步地，所述紫外光照射处理的时间为0.5～1.5h。

进一步地，所述无定形氢氧化钴纳米片通过以下步骤制得：

S1、将钴盐均匀分散于水溶剂B中，随后加入NaBH₄混合均匀，获得混合物B；