[发明专利]氮掺杂多孔碳包覆的钴铱核壳结构纳米颗粒的制备及其催化水裂解应用

摘要

本发明公开了一种由氮掺杂多孔碳包覆的钴铱核壳结构纳米颗粒(Co@Ir/NC‑x，x为Ir的质量比)的制备及其催化水裂解的应用。该发明的优势在于：(1)制备过程简单直接，能耗低：将沸石咪唑类骨架材料(简称ZIF‑67)煅烧后得到Co/NC直接与Ir3+室温下发生Galvanic置换，不需要高温高压，能量消耗低；(2)催化性能好，稳定性强：Co@Ir/NC‑10％样品在1M KOH溶液中，在产氧测试中电流密度为10mA cm‑2，其过电势为280mV，性能超过IrO2；在产氢测试中电流密度为10mA cm‑2，其过电势为‑121mV；此外，经过12h稳定性测试后，IrO2产氧活性衰减55.8％，而Co@Ir/NC‑10％产氧活性仅衰减20.6％，同等条件下Co@Ir/NC‑10％产氢的稳定性远高于商业Pt/C；(3)催化剂成本低廉，钴来源广泛：纳米颗粒为钴为核铱为壳的核壳结构，在更多的暴露催化活性位点的基础上减少了Ir的用量，内核金属前体Co来源广，价格低，极大地降低了催化剂的成本，具有良好的商业化应用前景。

主权项

1.氮掺杂多孔碳包覆的钴铱核壳结构纳米颗粒的制备及催化水裂解应用，其特征在于：包括如下步骤：(1)按照摩尔比Co2+：MeIM＝1：4的比例，室温条件下，先将硝酸钴溶于甲醇制成A溶液，再将2-甲基咪唑溶于甲醇制成B溶液；将A和B两种溶液混合搅拌10min，再静置24h后离心，用甲醇离心洗涤数次；将所得深蓝色沉淀置于50℃真空干燥箱中干燥12h，获得ZIF-67纳米晶体。(2)将上述所得ZIF-67纳米晶体置于管式炉中，在Ar气气氛下加热至900℃并保温3h，所得黑色粉末即为氮掺杂多孔碳包覆的钴纳米颗粒(Co/NC)。(3)取50mg上述所得Co/NC超声分散于5mL的去离子水中，再搅拌15min；将一定量的氯化铱(IrCl3·3H2O)水溶液滴入上述溶液中，1000rpm下搅拌24h，所得悬浮物离心，用水和甲醇分别离心洗涤数次，于50℃真空干燥箱中干燥12h，得到钴铱核壳结构纳米颗粒。(4)将所制备的催化剂用于电化学析氧和析氢催化反应中进行水裂解。