CN108588740B - 一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法 - Google Patents

一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108588740B
CN108588740B CN201810326321.9A CN201810326321A CN108588740B CN 108588740 B CN108588740 B CN 108588740B CN 201810326321 A CN201810326321 A CN 201810326321A CN 108588740 B CN108588740 B CN 108588740B
Authority
CN
China
Prior art keywords
elctro
nano chain
catalyst
splitting
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201810326321.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108588740A (zh
Inventor
柯曾波
张小文
李乐京
崔卫红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shangluo University
Original Assignee
Shangluo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shangluo University filed Critical Shangluo University
Priority to CN201810326321.9A priority Critical patent/CN108588740B/zh
Publication of CN108588740A publication Critical patent/CN108588740A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108588740B publication Critical patent/CN108588740B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/097—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds comprising two or more noble metals or noble metal alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于水裂解产氧的Au‑Ir纳米链电催化剂的制备方法，属于电催化和能源技术领域。该方法以溴化钾为稳定剂、甲醛为还原剂，采用在水溶液中加热的方法一步将氯金酸和三氯化铱还原成具有锯齿状表面的Au‑Ir纳米链。本发明制得的Au‑Ir纳米链由于具有独特的一维结构、丰富的活性位点，在碱性介质中催化析氧反应具有较高的活性和稳定性，可作为碱性环境中水裂解的产氧催化剂。本发明Au‑Ir纳米链的制备方法简单、经济，适合工业化大规模生产。

Description

一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于电催化和能源技术领域，具体涉及一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法。
背景技术
中国以及世界各国正面临日益严峻的能源危机。氢能是解决危机最有希望的方式之一。产氧反应/析氧反应(OER)作为水分解反应的半反应之一，显著影响产氢反应/析氢反应的效率，近年来备受关注。到目前为止，IrO2和RuO2是酸性和碱性介质中两种有效的OER催化剂。但是，由于其成本和储量的原因，减少这些催化剂的使用并提高其催化活性仍然是巨大的挑战。双金属催化剂不仅提高了催化活性，而且提升了Ir、Ru的利用率。不过，这仍然还有很大的改进空间。
最近，研究发现Au能够提高OER在碱性介质中的活性，这是因为Au诱导的电子效应改变了其电子环境，从而加速了OER中间体的反应。尽管如此，但有关Au-Ir催化剂的报道很少，Au诱导的电子效应对铱基OER催化剂的影响并未被广泛关注。然而，根据合金相图Au-Ir双金属很难得到(Ronald,A.C.,Jr.；Paul,E.K.；Kevin,D.L.；Robert,L.C.,SelectingMetal Alloy Electric Contact Materials for Mems Switches.Journal ofMicromechanics and Microengineering 2004,14,1157-1164)，仅有Sun等人报道了炭黑负载的Au-Ir双功能电催化剂，并改善了对ORR和OER活性(Yuan,L.；Yan,Z.；Jiang,L.；Wang,E.；Wang,S.；Sun,G.,Gold-Iridium Bifunctional Electrocatalyst for OxygenReduction and Oxygen Evolution Reactions.Journal of Energy Chemistry 2016,25,805-810)。但是，该催化剂对OER的耐久性和活性并不令人满意，特别是在碱性介质下。
目前，一维材料或一维纳米结构的研究十分广泛。因其独有的电子和光学特性，成为潜在纳米器件应用中的关键组成部分。随着一维纳米结构尺寸的不断减小，“自下而上”化学方法(如湿化学合成)发挥着越来越大的作用。比如，杨喜昆等报道了水热合成一维铱纳米线的制备方法(CN103056387A)，Zhang Fengyan等报道了借助有机金属化学气相沉积(MOCVD)法制备得到氧化铱纳米线(US7255745B2)。但是，通过化学沉积或水热法合成一维的Au-Ir催化剂未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种在水体系中加热制备具有独特的一维结构、丰富的活性位点、用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：将0.3～0.6mol/L氯金酸水溶液与0.3～0.6mol/L溴化钾水溶液混合均匀，然后加入0.3～0.6mol/L三氯化铱水溶液混合均匀，并用盐酸调节混合液的pH为2～7，最后加入甲醛混合均匀，其中氯金酸与三氯化铱、溴化钾的摩尔比为1:0.3～2:0.3～2，甲醛与三氯化铱的摩尔比为1:30～45，在密闭条件下160～200℃静置反应8～12小时，离心、洗涤、真空干燥，得到Au-Ir纳米链电催化剂。
上述制备方法中，优选氯金酸与三氯化铱、溴化钾的摩尔比为1:1～1.5:0.5～1，甲醛与三氯化铱的摩尔比为1:35～40。
上述制备方法中，进一步优选用盐酸调节混合液的pH为3～4。
上述制备方法中，更进一步优选在密闭条件下180℃静置反应10小时。
本发明以溴化钾为稳定剂、甲醛为还原剂，通过简便的水热法制备具有独特的一维结构、丰富的活性位点，用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂。一方面，锯齿状特征使得Au-Ir纳米链电催化剂具有大的比表面积以及丰富的表面缺陷；另一方面，通过引入第二金属Au，Ir基催化剂的电子结构发生改变，充分影响了电催化剂的耐腐蚀性和催化性能。具体而言，Au-Ir纳米链碱性介质中催化OER，电流密度10mA·cm-2时，过电位降低至0.3V(相对于可逆氢电极)，这比商业Ir/C的值更负。同时，Au-Ir纳米链在碱性介质中比商业Ir/C更稳定。
本发明制备方法简单易行，且产率较高，适合工业化大规模生产，所得锯齿状Au-Ir纳米链催化剂活性和稳定性高，提高了水裂解产氧反应的效率，有望实现工业化产氢。
附图说明
图1是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂的SEM图。
图2是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂的SEM图。
图3是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂的HAADF-STEM图。
图4是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂的XRD图谱。
图5是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂与Ir/C催化剂在含1mol/L KOH的水溶液中的电化学线性伏安扫描曲线图。
图6是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂与Ir/C催化剂在含1mol/L KOH的水溶液中的计时电压曲线图。
图7是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂在计时电压测试后的TEM图。
图8是实施例1制备的Au-Ir纳米链电催化剂在计时电压测试后的TEM图。
图9是实施例2制备的Au-Ir纳米链电催化剂的SEM图。
图10是实施例3制备的Au-Ir纳米链电催化剂的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
实施例1
将2mL 0.5mol/L氯金酸水溶液与2mL 0.5mol/L溴化钾水溶液搅拌均匀，然后加入2mL 0.5mol/L三氯化铱水溶液搅拌均匀，并用盐酸调节混合液的pH为3，最后加入1mL(0.027mmol)甲醛搅拌均匀，在密闭条件下180℃静置反应10小时，冷却至室温，离心分离、用蒸馏水洗涤3～5次，在真空烘箱中60℃干燥，即得到Au-Ir纳米链电催化剂。由图1～3可见，所制备的样品为尺寸均一、表面粗糙的一维纳米链状结构。由图4可见，五个位于38.187、44.385、64.576、77.567和81.722°的衍射峰，与Au(fcc)的标准卡片相一致(PDF#65-2870)；五个位于40.662、47.313、69.142、83.445和88.066°的衍射峰，与Ir(fcc)的标准卡片相一致(PDF#06-0598)。综合图1～4的结果说明所得样品为Au-Ir纳米链。由图5可见，在碱性介质中所得Au-Ir纳米链在电流密度为10mA cm-2时，过电位降低至0.3V(相对于可逆氢电极)，这比商业Ir/C的值更负。图6的计时电压曲线进一步表明，所得Au-Ir纳米链在碱性介质中比商业Ir/C更稳定。由图7～8可见，Au-Ir纳米链在长时间高电压测试后，仍然能保持良好的一维链状结构。
实施例2
将2mL 0.5mol/L氯金酸水溶液与1mL 0.5mol/L溴化钾水溶液搅拌均匀，然后加入2mL 0.5mol/L三氯化铱水溶液搅拌均匀，并用盐酸调节混合液的pH为5，最后加入0.85mL(0.023mmol)甲醛搅拌均匀，在密闭条件下160℃静置反应8小时，冷却至室温，离心分离、用蒸馏水洗涤3～5次，在真空烘箱中60℃干燥，即得到Au-Ir纳米链电催化剂(见图9)。
实施例3
将2mL 0.5mol/L氯金酸水溶液与1mL 0.5mol/L溴化钾水溶液搅拌均匀，然后加入1.5mL 0.5mol/L三氯化铱水溶液搅拌均匀，并用盐酸调节混合液的pH为4，最后加入1.2mL(0.033mmol)甲醛搅拌均匀，在密闭条件下200℃静置反应12小时，冷却至室温，离心分离、用蒸馏水洗涤3～5次，在真空烘箱中60℃干燥，即得到Au-Ir纳米链电催化剂(见图10)。
实施例4
将2mL 0.5mol/L氯金酸水溶液与0.6mL 0.5mol/L溴化钾水溶液搅拌均匀，然后加入4mL 0.5mol/L三氯化铱水溶液搅拌均匀，并用盐酸调节混合液的pH为2，最后加入1.2mL(0.033mmol)甲醛搅拌均匀，在密闭条件下180℃静置反应10小时，冷却至室温，离心分离、用蒸馏水洗涤3～5次，在真空烘箱中60℃干燥，即得到Au-Ir纳米链电催化剂。
实施例5
将2mL 0.5mol/L氯金酸水溶液与0.6mL 0.5mol/L溴化钾水溶液搅拌均匀，然后加入0.6mL 0.5mol/L三氯化铱水溶液搅拌均匀，并用盐酸调节混合液的pH为7，最后加入1.2mL(0.033mmol)甲醛搅拌均匀，在密闭条件下160℃静置反应10小时，冷却至室温，离心分离、用蒸馏水洗涤3～5次，在真空烘箱中60℃干燥，即得到Au-Ir纳米链电催化剂。

Claims (4)

1.一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法，其特征在于：将0.3～0.6mol/L氯金酸水溶液与0.3～0.6mol/L溴化钾水溶液混合均匀，然后加入0.3～0.6mol/L三氯化铱水溶液混合均匀，并用盐酸调节混合液的pH为2～7，最后加入甲醛混合均匀，其中氯金酸与三氯化铱、溴化钾的摩尔比为1:0.3～2:0.3～2，甲醛与三氯化铱的摩尔比为1:30～45，在密闭条件下160～200℃静置反应8～12小时，离心、洗涤、真空干燥，得到Au-Ir纳米链电催化剂。
2.根据权利要求1所述的用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法，其特征在于：所述的氯金酸与三氯化铱、溴化钾的摩尔比为1:1～1.5:0.5～1，甲醛与三氯化铱的摩尔比为1:35～40。
3.根据权利要求1或2所述的用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法，其特征在于：用盐酸调节混合液的pH为3～4。
4.根据权利要求1或2所述的用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法，其特征在于：在密闭条件下180℃静置反应10小时。
CN201810326321.9A 2018-04-12 2018-04-12 一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法 Expired - Fee Related CN108588740B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810326321.9A CN108588740B (zh) 2018-04-12 2018-04-12 一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810326321.9A CN108588740B (zh) 2018-04-12 2018-04-12 一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108588740A CN108588740A (zh) 2018-09-28
CN108588740B true CN108588740B (zh) 2019-08-30

Family

ID=63622239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810326321.9A Expired - Fee Related CN108588740B (zh) 2018-04-12 2018-04-12 一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108588740B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109590483B (zh) * 2018-12-11 2022-03-08 南京师范大学 一种带有纳米孔洞Ir纳米线的制备方法及其所得材料和应用
CN109772410B (zh) * 2019-02-21 2021-11-09 西南大学 一种高效铱基电解水双功能催化剂及其制备方法和应用
CN112475314B (zh) * 2020-11-23 2023-06-13 青岛大学 一种铱基纳米线的合成方法
CN112760677B (zh) * 2020-12-28 2021-12-10 中国科学技术大学 铱钨合金纳米材料、其制备方法及作为酸性析氧反应电催化剂的应用
CN116037954B (zh) * 2023-03-30 2023-07-14 中国科学技术大学 一种金铱核壳纳米线及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103056387A (zh) * 2013-01-22 2013-04-24 昆明理工大学 一种铱纳米线的制备方法
CN105121067A (zh) * 2014-02-14 2015-12-02 华沙大学 制备具有大分数的(100)面的纯的贵金属纳米颗粒的方法、通过这种方法获得的纳米颗粒及其用途

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL399505A1 (pl) * 2012-06-13 2013-12-23 Uniwersytet Warszawski Sposób wytwarzania zasadniczo czystych nanoczastek w ukladzie przeplywowym, nanoczastki otrzymane tym sposobem oraz ich zastosowanie

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103056387A (zh) * 2013-01-22 2013-04-24 昆明理工大学 一种铱纳米线的制备方法
CN105121067A (zh) * 2014-02-14 2015-12-02 华沙大学 制备具有大分数的(100)面的纯的贵金属纳米颗粒的方法、通过这种方法获得的纳米颗粒及其用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Gold-iridium catalysts for the hydrogenation of biomass derived products;Lorenzo Landenna 等;《Chinese Journal of Catalysis》;20161005;第37卷(第10期);1771-1775

Also Published As

Publication number Publication date
CN108588740A (zh) 2018-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108588740B (zh) 一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法
CN108543545A (zh) 一种Fe、Ni、N三掺杂碳纳米管包覆型FeNi@NCNT催化剂、制备方法及其应用
Zhang et al. Rapidly catalysis of oxygen evolution through sequential engineering of vertically layered FeNi structure
Wan et al. Boosting nitrate electroreduction to ammonia on NbO x via constructing oxygen vacancies
CN106563450A (zh) 一种用于析氧反应的alpha相氢氧化钴纳米片的制备方法
JP7434372B2 (ja) ニッケル鉄触媒材料の製作方法、酸素発生反応への使用、水電解による水素および／または酸素の製造方法、および液体太陽燃料の製作方法
CN107999132A (zh) 一种甲醇电催化重整催化剂的制备方法
CN111672514A (zh) 一种双功能电催化材料及其制备方法与应用
CN110148762A (zh) 一种氮、氟和过渡金属共掺杂石墨烯结构的碳材料及其一步碳化制备方法
CN110538650B (zh) 一种氧化铈负载铋纳米催化剂及其制备方法和应用
CN109759120A (zh) 一种氮、镍共掺杂硒化钴超薄纳米片及其制备方法和应用
CN110339845B (zh) 一种二硫化钼花状纳米球的制备方法及析氢应用
CN110359060A (zh) FeCoNiBOx/PPy/rGO纳米材料及基于其的OER电催化修饰电极
CN108315759B (zh) 一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料及其合成方法
CN110302799B (zh) 电化学还原二氧化碳为一氧化碳的催化剂及其制备方法
CN111054343A (zh) 电催化析氧材料及其制备方法
CN111715245A (zh) 基于高催化活性和结晶性RuTe2的电解水催化剂及其制备方法
Yang et al. Integrating electrocatalytic seawater splitting and biomass upgrading via bifunctional nickel cobalt phosphide nanorods
Zhao et al. Enhanced electrocatalytic activity of FeNi alloy quantum dot-decorated cobalt carbonate hydroxide nanosword arrays for effective overall water splitting
CN110013855A (zh) 高效氧化钴镍/氢氧化镍复合物电催化剂及其制备方法和应用
Jia et al. Unravelling electrocatalytic concerted diatomic-ensembles over superior hydrogen-evolution array structured by NiMo/Mo2N heteronanojunctions
CN113355682A (zh) 铁掺杂三氟合钴酸盐析氧电催化材料、其制备方法及应用
CN112853377A (zh) 一种双功能无金属氮掺杂碳催化剂的制备方法及其应用
CN109012673B (zh) 一种析氧催化剂的制备方法及应用
CN114990628B (zh) 焦耳热快速合成的双功能电催化剂及其在高效水分解中的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190830