[发明专利]一种二氧化锰纳米线网络负载贵金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种二氧化锰纳米线网络负载贵金属催化剂及其制备方法，首先分别将四水合硝酸铵、三水合磷酸铵配置成溶液Ⅰ和溶液Ⅱ，将溶液Ⅱ加入到溶液Ⅰ中并加入硝酸配置成溶液Ⅲ，然后进行水热处理得到二氧化锰纳米线网络，然后将二氧化锰纳米线网络配置成前驱体Ⅰ；再将溶解的贵金属化合物、葡萄糖置于前驱体Ⅰ中，通过水热处理得到前驱体Ⅱ，将前驱体Ⅱ经过退火处理后得到最终产物。本发明的制备方法简单高效，且具有易重复的特点，易于大批量生产。所制备的二氧化锰纳米线网络负载贵金属催化剂在电催化中有一定的应用前景，对于促进以二氧化锰为载体的催化剂在电解水中的工业化进程具有重要的研究意义。

技术领域

本发明涉及材料合成领域，特别涉及电催化领域的一种二氧化锰纳米线网络负载贵金属催化剂及其制备方法。

背景技术

氢经济的前景为解决环境污染提供了希望。水裂解可以产生丰富的氢气，被认为是生产可再生电力的理想途径。

析氧反应(OER)因为其过高的反应能垒和固有的动力学较慢，一直以来都是电解水方向急需攻克的难题，而且，在酸性介质中，丰富的H⁺离子在热力学上来水，对OER进程是不利的。为了克服酸性OER的高能量屏障，就需要可以高效提高能量转换效率、加速反应动力学和降低反应能量屏障的高效催化剂，目前仍然非常具有可发展的空间。开发具有优异活性和耐用性的高性能酸性OER电催化剂正成为推动酸性质子交换膜电解器大规模应用于大规模制氢的关键问题。

目前氧化锰载体逐渐进入人们的视线，因为其独特的空间构型，使其成为了理想的催化剂载体，具有良好的发展前景。理想的催化剂载体应该具有的优点是：良好的导电性、物质传输性、更多的缺陷负载位点、以及与理想金属元素的协调作用等等。目前的研究表面α-MnO₂是比较有发展前景的催化剂以及催化剂载体，相比与Mn₂O₃、Mn₃O₄、β-MnO₂等氧化锰载体，在α-MnO₂中，[MnO₆]八面体单元有规律地形成2×2隧道，这提供了大量的负载位点，而且据目前的研究表面，二氧化锰载体和贵金属直接存在协同作用，如Ru/α-MnO₂纳米纤维在酸性OER中表现出了优异的活性、稳定性，以及独特的析氧机制。目前氧化锰载体负载贵金属催化剂，如Ir/β-MnO₂、RuO_XMn₂O₃、Ir/α-MnO₂纳米棒已经成功合成，并且拥有优异的电化学性能和稳定性。

因为纳米线各向异性的形貌，纳米线通常具有高比表面积、定向电荷转移能力等固有特征，这些特征保证了其在电化学领域的应用前景比较广阔。但是由于纳米线内部空间有限性，因此在很大程度上限制了其进一步的发展，因此将纳米线组装成完整的纳米线网络有着至关重要的作用。目前二氧化锰纳米线网络因为其结构较为规整且紧密，采用常规的物理方法去负载一些贵金属元素比较困难，所以采用了在高温、高压、酸性环境下进行水热反应，且采用弱还原剂调节二氧化锰纳米线网络的晶型，来完成二氧化锰纳米线网络负载贵金属催化剂的制备，为氧化锰负载贵金属催化剂的发展提供了一种可能性。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种二氧化锰纳米线网络负载贵金属催化剂的制备方法，来解决上述问题：

本发明的技术方案是这样实现的：一种二氧化锰纳米线网络负载贵金属催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)首先将四水合硝酸铵和超纯水配置成溶液Ⅰ，三水合磷酸铵和超纯水配置成溶液Ⅱ，搅拌均匀后，将溶液Ⅰ和溶液Ⅱ混合成溶液Ⅲ，在溶液Ⅲ中加入硝酸调节pH值，pH值调节至0-7，通过水热处理得到二氧化锰纳米线网络，然后将过滤、洗涤、烘干后的二氧化锰纳米线网络和超纯水配置成前驱体Ⅰ，并超声均匀；

(2)将贵金属化合物与超纯水配置成溶液Ⅳ，并超声均匀；