[发明专利]一种过渡金属掺杂的铱基纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属掺杂的铱基纳米材料及其制备方法与应用，属于纳米尺度无机金属材料合成技术领域。本发明提供的过渡金属掺杂的铱基纳米材料的制备方法采用熔融盐合成法，制备得到过渡金属掺杂的铱盐化合物，然后将其进行煅烧，得到过渡金属掺杂的氧化铱，最后将过渡金属掺杂的氧化铱经过高温热处理进行还原，制备得到过渡金属掺杂的铱基纳米材料。所述制备方法简单易行、绿色安全、产率较高，在掺杂少量过渡金属的前提下，提高铱基纳米材料固有的电催化活性。并且，采用所述制备方法得到的过渡金属掺杂的铱基纳米材料在质子交换膜水电解槽工业化电解水中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米尺度无机金属材料合成技术领域，尤其涉及一种过渡金属掺杂的铱基纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

氢能具有清洁、可持续性、能量密度低等优点，目前被认为是一种很有前途的可替代化石燃料的能源。电解水制氢是未来能源系统的核心技术之一。电化学水分解由两个半反应组成：阴极上的析氢反应(HER)和阳极上的析氧反应(OER)。相关的电解技术主要可分为三类：质子交换膜(PEM)电解槽、碱性水电解槽(AWE)和固体氧化物电解槽(SOE)。PEM电解槽具有更高的质子导电率、较低的气体交叉、更高的效率，以及更短的响应时间，使其更适合与间歇性可再生能源相结合。由于PEM电解槽的阳极处于强酸性环境，对电极腐蚀稳定性要求很高，限制了发生在电解槽阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)的催化材料的选择范围。

目前，只有贵金属基催化材料(Pt用于HER，Ir用于OER)对商业用途的PEM电解槽具有可接受的耐酸性和催化活性。近年来，针对酸性OER的各种催化材料被开发出来，然而，受到催化活性和稳定性之间的反向关系的限制，只有铱基催化剂作为PEM电解槽的OER催化剂能够表现出稳定的催化活性，但其生产的反应过程难以控制，产率较低，产品价格昂贵且可持续性有限。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种过渡金属掺杂的铱基纳米材料及其制备方法与应用。所述过渡金属掺杂的铱基纳米材料的制备方法采用熔融盐合成法，简单易行、绿色安全、产率较高，在掺杂少量过渡金属的前提下，提高铱基纳米材料固有的电催化活性。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种过渡金属掺杂的铱基纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将铱源、过渡金属源、盐及醇类溶剂混合均匀并反应，得到过渡金属掺杂的铱盐化合物；

2)将上述过渡金属掺杂的铱盐化合物进行煅烧，得到过渡金属掺杂的氧化铱；

3)在还原气氛下对上述过渡金属掺杂的氧化铱进行高温热处理，制备得到过渡金属掺杂的铱基纳米材料。

上述制备方法采用熔融盐合成法，制备得到过渡金属掺杂的铱盐化合物，然后将其进行煅烧，得到过渡金属掺杂的氧化铱，最后将过渡金属掺杂的氧化铱进一步高温热处理还原，制备得到过渡金属掺杂的铱基纳米材料。

优选的，所述步骤1)中铱源选自氯铱酸、乙酰丙酮铱、氯化铱、氯铱酸钾、氯铱酸钠、醋酸铱中的一种或多种；更优选的，所述铱源选自氯铱酸、乙酰丙酮铱、氯化铱中的一种或多种；进一步优选为氯铱酸。

优选的，所述过渡金属源选自铁源、钴源、镍源中的一种或多种。

优选的，所述铁源选自五羰基铁、乙酰丙酮铁、九水合硝酸铁中的一种或多种。

优选的，所述钴源选自乙酰丙酮钴、六水合氯化钴、六水合硝酸钴中的一种或多种。

优选的，所述镍源选自四水合醋酸镍、乙酰丙酮镍、六水合氯化镍中的一种或多种；更优选为六水合氯化镍。

优选的，所述盐选自碱金属盐或铵盐。