CN114045524B - 一种铱单原子催化剂、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铱单原子催化剂，包括羟基氧化钴衬底和单分散的生长在所述羟基氧化钴衬底表面氧原子的三重中空位点处的铱原子。本发明中的羟基氧化钴表面分布有氧原子，利用线性伏安扫描法，在负电压驱动条件下，电解液中的正离子基团IrCl3+选择性的生长在带有负电的表面氧的三重中空位点处，与三个氧原子配位，形成稳定的Ir‑O化学键。单原子Ir通过Ir‑O化学键与衬底之间形成强电子相互作用，改变了活性中心的电子结构，使其具有更强的亲电子性，有利于增强对析氧反应中氧中间体的吸附，表现出了优于商用析氧反应催化剂氧化铱的催化活性，且具有较好的稳定性。本发明还提供了一种铱单原子催化剂的制备方法及应用。

Description

一种铱单原子催化剂、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于电催化反应技术领域，尤其涉及一种铱单原子催化剂、其制备方法及应用。
背景技术
能源短缺和环境污染问题是21世纪以来人类社会发展的两大难题，因此，寻找洁净的可再生能源及开发高效的能量存储和转换技术迫在眉睫。电催化由于具有绿色环保，简单方便及高效等优势成为能源催化领域的重要组成部分，因此研究高效、低廉环保的电催化剂是推动能量存储与转换技术快速发展的重要途径。电催化析氧反应作为众多电催化阴极反应(如二氧化碳电还原、电化学合成氨、氧还原等)的阳极反应，能够为整个电催化系统提供质子和电子。传统的电催化析氧反应以铱、钌基催化剂为主，虽然有着较好的活性，但是贵金属铱、钌储量稀少、成本高昂，不可再生，难以进行大规模的产业应用。因此研制贵金属负载量低、高活性的电催化析氧反应催化剂尤为重要。
单原子催化剂是将孤立的金属原子负载在衬底材料上，从而实现100％的原子利用率。同时，单原子催化剂被认为具有均一的活性位点，这有利于实现超高的选择性。然而，这种均一性只有当所有的单原子金属中心与衬底具有相同的金属-衬底相互作用才能实现。这种均一性不仅取决于单原子金属中心的原子种类，还受周围配位环境的影响。特别是在真实衬底表面，往往存在多种几何结构或者缺陷，这就为单原子的生长提供了不同的锚定位点，在这些不同的位点上，同种金属单原子的配位环境有所不同，对催化反应的活性和选择性的影响也不同。要实现单原子催化剂真正的均一性，需要发展一种可以精确控制单原子生长位点的合成方法来精确调控单原子中心的配位环境和催化性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铱单原子催化剂、其制备方法及应用，本发明中的铱单原子催化剂中的Ir单原子生长在CoOOH纳米片表面氧原子的三重中空位点处，在催化析氧反应中具有优异的催化活性。
本发明提供一种铱单原子催化剂，包括羟基氧化钴衬底和单分散的生长在所述羟基氧化钴衬底表面氧原子的三重中空位点处的铱原子；
所述三重中空位点为羟基氧化钴衬底表面任意三个呈三角形分布的氧原子的中心。
优选的，所述铱单原子催化剂中铱原子的质量分数为0.95～1.5％。
优选的，所述羟基氧化钴衬底的尺寸为80～100nm。
本发明提供上文所述的铱单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将三电极体系置于含有铱盐的电解质溶液中，进行线性伏安扫描合成，得到铱单原子催化剂；
所述三电极体系中的工作电极为负载有羟基氧化钴纳米片的玻碳电极；所述线性伏安扫描的电压为-0.4～0.1V。
优选的，所述电解质溶液包括铱盐、氢氧化钾和水；所述铱盐为四氯化铱。
优选的，所述铱盐的质量、氢氧化钾的质量和水的体积之比为(0.03～0.04)mg：(55～58)mg：(0.9～1.0)mL。
优选的，所述线性伏安扫描合成的扫描速度为3～8mV/s；所述线性伏安扫描合成的扫描次数为3～5次；每次所述线性伏安扫描合成的时间为63～167s。
优选的，在所述线性扫描合成中搅拌电解质溶液，所述搅拌的速率为1000～2000r/min。
优选的，所述羟基氧化钴按照以下步骤制备得到：
将六水合硝酸钴与水混合，得到溶液A；
将氢氧化钠与水混合，得到溶液B；
将溶液B加入溶液A中，搅拌得到混合溶液C；
然后在所述混合溶液C中加入次氯酸钠溶液，得到混合液D；
将所述混合液D进行离心清洗和干燥，得到羟基氧化钴。
本发明提供如上文所述的铱单原子催化剂在电催化析氧反应中的应用。
本发明提供一种铱单原子催化剂，包括羟基氧化钴衬底和单分散的生长在所述羟基氧化钴衬底表面氧原子的三重中空位点处的铱原子；所述三重中空位点为羟基氧化钴衬底表面任意三个呈三角形分布的氧原子的中心。本发明中的羟基氧化钴表面分布有在氧原子，利用线性伏安扫描法，在负电压驱动条件下，电解液中的正离子基团IrCl3+选择性的生长在带有负电的表面氧的三重中空位点处，与三个氧原子配位，形成稳定的Ir-O化学键。单原子Ir通过Ir-O化学键与衬底之间形成强电子相互作用，改变了活性中心的电子结构，使其具有更强的亲电子性，有利于增强对析氧反应中氧中间体的吸附，表现出了优于商用析氧反应催化剂氧化铱的催化活性，且具有较好的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明铱单原子催化剂中单原子Ir生长位点结构示意图；
图2为本发明实施例1中所得CoOOH的透射电子显微镜图片，证实CoOOH纳米片的形成；
图3为本发明实施例1中所得CoOOH和Ir1/CoOOH的X射线衍射图谱，表明没有Ir颗粒产生；
图4为本发明实施例1中所得Ir1/CoOOH单原子催化剂的扫描透射电子显微镜高角环形暗场像；
图5为本发明实施例1中所得Ir1/CoOOH单原子催化剂及参考样品Ir粉末和二氧化铱(IrO2)中铱元素的X射线吸收精细结构谱扩展边，表征了Ir以单原子形式存在，形成了Ir-O化学键；
图6为本发明实施例1中所得Ir1/CoOOH单原子催化剂铱元素的X射线吸收精细结构谱扩展边和配位拟合图像及配位结构原子模型，结合图5表征了Ir单原子生长在CoOOH中表面氧原子的三重中空位点处；
图7为本发明实施例5所得Ir1/CoOOH单原子催化剂电催化析氧反应的极化曲线及其与商用二氧化铱催化剂的对比；
图8为本发明实施例5所得Ir1/CoOOH单原子催化剂电催化析氧反应的恒电流模式(10mA/cm-2)稳定性曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种铱单原子催化剂，包括羟基氧化钴衬底和单分散的生长在所述羟基氧化钴衬底表面氧原子的三重中空位点处的铱原子；
所述三重中空位点为羟基氧化钴衬底表面任意三个呈三角形分布的氧原子的中心。
在本发明中，所述铱单原子在所述羟基氧化钴衬底表面的分布示意图如1所示，本发明中的铱单原子催化剂以铱原子(Ir)为金属中心，以羟基氧化钴(CoOOH)纳米片为衬底，所述铱单原子均匀的、单分散的生长在CoOOH纳米片表面氧原子的三重中空位点处。
在本发明中，所述铱单原子催化剂中铱原子的质量分数优选为0.95～1.5％，更优选为0.98～1.4％，如0.95％、0.98％、1.00％、1.02％、1.04％、1.06％、1.08％、1.10％、1.12％、1.14％、1.16％、1.18％、1.20％、1.22％、1.24％、1.26％、1.28％、1.30％、1.32％、1.34％、1.36％、1.38％、1.40％、1.42％、1.44％、1.46％、1.48％、1.50％，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值。
所述铱原子与羟基氧化钴的质量比优选为(1.0～1.3)：(96～104)，如1.0:96、1.0：104、1.3:96、1.3:104。
在本发明中，所述羟基氧化钴衬底优选为羟基氧化钴纳米片，所述羟基氧化钴纳米片的尺寸优选为80～100nm。在本发明中，所述羟基氧化钴纳米片的形貌为六边形，所述羟基氧化钴纳米片的尺寸指的是六边形的边长。
本发明还提供了一种铱单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将三电极体系置于含有铱盐的电解质溶液中，进行线性伏安扫描合成，得到铱单原子催化剂；
所述三电极体系中的工作电极为负载有羟基氧化钴纳米片的玻碳电极；所述线性伏安扫描的电压为-0.4～0.1V。
本发明优选先制备羟基氧化钴纳米片，然后将羟基氧化钴纳米片负载于玻碳电极上，作为工作电极，在含有铱盐的电解质溶液中进行线性伏安扫描合成，在玻碳电极表面得到合成的铱单原子催化剂。
在本发明中，所述羟基氧化钴纳米片优选按照以下步骤制备得到：
将六水合硝酸钴与水混合，得到溶液A；
将氢氧化钠与水混合，得到溶液B；
将溶液B加入溶液A中，搅拌得到混合溶液C；
然后在所述混合溶液C中加入次氯酸钠溶液，得到混合液D；
将所述混合液D进行离心清洗和干燥，得到羟基氧化钴。
在本发明中，所述六水合硝酸钴的质量与水的体积之比优选为(28.8～30.2)mg：(18～21)mL，如29.1mg：20mL、28.8mg：19mL、29.8mg：18mL或30.2mg：21mL；即所述溶液A的质量浓度优选为1.4～1.7mg/mL，更优选为1.5～1.6mg/mL；本发明优选在搅拌条件下制备溶液A；所述搅拌的时间优选为20～40min，更优选为30min。
在本发明中，所述氢氧化钠的质量与所述水的体积之比优选为(118.0～121.0)mg：(2.8～3.1)mL，如120mg：3.0mL、118mg：2.8mL、120mg：2.9mL或121mg：3.1mL；具体的，所述溶液B的质量浓度优选为38～43mg/mL，更优选为40～42mg/mL。本发明优选在搅拌条件下制备溶液B；所述搅拌的时间优选为10～20min，更优选为15min。
得到溶液A和溶液B之后，本发明优选将溶液B缓慢注射到溶液A中，搅拌30～50min，得到混合溶液C。
然后将次氯酸钠溶液缓慢注射到混合溶液C中，搅拌50～80min，得到混合液D。
在本发明中，所述次氯酸钠溶液的活性氯浓度优选为5％～6％；所述次氯酸钠与六水合硝酸钴的质量比优选为(20～25):1，更优选为(21～24)：1，最优选为(22～23)：1。
然后将得到的混合液D进行离心清洗和干燥，得到棕黑色粉末CoOOH。
在本发明中，所述离心的转速优选为8000～15000rpm，更优选为9000～12000rpm，最优选为10000～11000rpm；所述干燥的温度优选为50～100℃，更优选为60～90℃，如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；所述干燥的时间优选为12～24小时，更优选为16～18小时。
制备得到羟基氧化钴纳米片之后，本发明使用该羟基氧化钴纳米片制备工作电极。
将所述羟基氧化钴纳米片加入到由水、异丙醇和Nafion组成的混合液中，超声分散处理获得均一的溶液。然后将上述含有羟基氧化钴纳米片的溶液滴加至玻碳电极上，在室温下干燥后形成工作电极。
在本发明中，所述超声得到的混合溶液中羟基氧化钴纳米片的质量浓度优选为4.8～5.2mg/mL，更优选为4.9～5.1mg/mL，最优选为5.0mg/mL，所述水、异丙醇和Nafion的体积比优选为(15～20)：(2～6)：1，更优选为(16～18)：(3～4)：1。
得到工作电极之后，本发明优选以铂丝作为对电极，以银/氯化银电极作为参比电极，与上述工作电极组成一个三电极系统，置于氢氧化钾水溶液中对进行线性伏安扫描15～30次。该步骤旨在对羟基氧化钴表面进行处理，使得其表面更容易生长铱单原子。
在本发明中，所述氢氧化钾水溶液的浓度优选为0.5～2mol/L，更优选为1～1.5mol/L；所述线性伏安扫描的扫描电压优选为-0.4～0.1V，所述扫描的次数优选为15～30次，更优选为20～25次；所述扫描的速度优选为3～8mV/s，更优选为4～7mV/s，最优选为5～6mV/s；每次所述扫描的时间优选为63～167s，更优选为90～100s。
本发明优选在上述线性伏安扫描过程中对氢氧化钾水溶液进行搅拌，更优选为磁力搅拌，所述搅拌的转速优选为1000～2000r/min，更优选为1200～1800r/min，最优选为1500～1600r/min。
然后，本发明将上述处理后的工作电极以及上述三电极系统置于含有铱盐的电解质溶液中，进行线性伏安扫描合成，得到铱单原子催化剂。
在本发明中，所述电解质溶液中含有铱盐、氢氧化钾和水，所述铱盐优选为四氯化铱，所述铱盐的质量、氢氧化钾的质量和水的体积之比为(0.03～0.04)mg：(55～58)mg：(0.9～1.0)mL。
在本发明中，所述电解质溶液中，铱盐的浓度优选为0.1～1.0mmol/L，更优选为0.2～0.8mmol/L，如0.1mmol/L、0.2mmol/L、0.3mmol/L、0.4mmol/L、0.5mmol/L、0.6mmol/L、0.7mmol/L、0.8mmol/L、0.9mmol/L、1.0mmol/L，优选为以上述任意数值为上限或下限的范围值；氢氧化钾的浓度优选为0.5～2mol/L，更优选为1～1.5mol/L。
在本发明中，Ir盐在所述电解质溶液的碱性环境下，同时存在负离子基团(Ir(OH)6)2-和正离子基团IrCl3+，负电压条件下，由于静电排斥作用，可选择性的将正离子基团IrCl3+生长在带有负电的表面氧的三重中空位点处，从而得到本申请中的铱单原子催化剂。
在本发明中，所述线性伏安扫描合成的扫描电压优选为-0.4～0.1V，所述扫描的次数优选为3～5次，更优选为4次；所述扫描的速度优选为3～8mV/s，更优选为4～7mV/s，最优选为5～6mV/s；每次所述扫描的时间优选为63～167s，更优选为90～100s。
本发明优选在上述线性伏安扫描过程中对电解质溶液进行搅拌，更优选为磁力搅拌，所述搅拌的转速优选为1000～2000r/min，更优选为1200～1800r/min，最优选为1500～1600r/min。
合成完成之后，取出工作电极，使用去离子水冲洗3～4次，每次2～3min，在室温下干燥，得到负载在玻碳电极上的Ir/CoOOH单原子催化剂。
本发明还提供了一种上文所述的铱单原子催化剂在电催化析氧反应中的应用。
本发明提供一种铱单原子催化剂，包括羟基氧化钴衬底和单分散的生长在所述羟基氧化钴衬底表面氧原子的三重中空位点处的铱原子；所述三重中空位点为羟基氧化钴衬底表面任意三个呈三角形分布的氧原子的中心。本发明中的羟基氧化钴表面分布有在氧原子，利用线性伏安扫描法，在负电压驱动条件下，选择性的使电解液中的正离子基团IrCl3+生长在带有负电的表面氧的三重中空位点处，与三个氧原子配位，形成稳定的Ir-O化学键。单原子Ir通过Ir-O化学键与衬底之间形成强电子相互作用，改变了活性中心的电子结构，使其具有更强的亲电子性，有利于增强对析氧反应中氧中间体的吸附，表现出了优于商用析氧反应催化剂氧化铱的催化活性，且具有较好的稳定性。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种铱单原子催化剂、其制备方法及应用进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)制备CoOOH：
常温下，将29.1mg六水合硝酸钴和20mL去离子水混合，搅拌20min得到均匀的溶液a；将120mg氢氧化钠和3.0mL去离子水混合，搅拌20min得到均匀的溶液b；将溶液b缓慢注射到溶液a中，搅拌30min得到混合液c；将0.6mL氯酸钠溶液缓慢注射到混合液c中，搅拌60min，得到混合液d；将所得到的产物用离心机离心分离，并用去离子水清洗4次；随后将产物在60℃下真空干燥24h；
(2)制备Ir1/CoOOH单原子催化剂：
在一个三电极系统中，铂丝作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，CoOOH纳米片作为工作电极；
将5mg上述CoOOH分散到0.8mL去离子水、0.2mL异丙醇、50μLNafion的混合液中，并超声处理60min形成均一的液体；
取5μL该液体滴到直径为3mm的玻碳电极上，待在室温下干燥后作为工作电极。
首先在100mL浓度为1mol/L的氢氧化钾水溶液中对工作电极进行线性伏安扫描20次，扫描电压范围相对于可逆氢电极为0.1～-0.4V，扫速为5mV/s，同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1600r/min。
接着在100mL含有0.1mmol/L四氯化铱和1mol/L的氢氧化钾的水溶液中用线性伏安法进行合成，电压设置为0.1～-0.4V，扫描次数为3次，合成同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1600r/min。
合成结束后取出工作电极，用去离子水冲洗1min，重复上述冲洗过程5次，在室温下干燥，得到负载在玻碳电极上的Ir1/CoOOH单原子催化剂(Ir1表示孤立原子，即铱单原子)，且该单原子催化剂中铱单原子的质量分数为1.22％。
实施例2
(1)制备CoOOH：
常温下，将28.8mg六水合硝酸钴和19mL去离子水混合，搅拌15min得到均匀的溶液a；将118mg氢氧化钠和2.8mL去离子水混合，搅拌10min得到均匀的溶液b；将溶液b缓慢注射到溶液a中，搅拌40min得到混合液c；将0.58mL氯酸钠溶液缓慢注射到混合液c中，搅拌65min，得到混合液d；将所得到的产物用离心机离心分离，并用去离子水清洗3次；随后将产物在70℃下真空干燥18h；
(2)制备Ir1/CoOOH单原子催化剂：
在一个三电极系统中，铂丝作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，CoOOH纳米片作为工作电极；
将5mg上述CoOOH分散到0.8mL去离子水、0.2 mL异丙醇、50μLNafion的混合液中，并超声处理60min形成均一的液体；
取5μL该液体滴到直径为3mm的玻碳电极上，待在室温下干燥后作为工作电极。
首先在100mL浓度为1mol/L的氢氧化钾水溶液中对工作电极进行线性伏安扫描20次，扫描电压范围相对于可逆氢电极为0.1～-0.4V，扫速为5mV/s，同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1300r/min。
接着在100mL含有0.92mmol/L四氯化铱和1mol/L的氢氧化钾的水溶液中用线性伏安法进行合成，电压设置为0.1～-0.4V，扫描次数为4次，合成同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1300r/min。
合成结束后取出工作电极，用去离子水冲洗2min，重复上述冲洗过程4次，在室温下干燥，得到负载在玻碳电极上的Ir1/CoOOH单原子催化剂，且该单原子催化剂中铱单原子的质量分数为1.02％。
实施例3
(1)制备CoOOH：
常温下，将29.8mg六水合硝酸钴和18mL去离子水混合，搅拌10min得到均匀的溶液a；将120mg氢氧化钠和2.9mL去离子水混合，搅拌30min得到均匀的溶液b；将溶液b缓慢注射到溶液a中，搅拌45min得到混合液c；将0.59mL氯酸钠溶液缓慢注射到混合液c中，搅拌70min，得到混合液d；将所得到的产物用离心机离心分离，并用去离子水清洗3次；随后将产物在80℃下真空干燥12h；
(2)制备Ir1/CoOOH单原子催化剂：
在一个三电极系统中，铂丝作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，CoOOH纳米片作为工作电极；
将5mg上述CoOOH分散到0.8mL去离子水、0.2mL异丙醇、50μLNafion的混合液中，并超声处理60min形成均一的液体；
取5μL该液体滴到直径为3mm的玻碳电极上，待在室温下干燥后作为工作电极。
首先在100mL浓度为1mol/L的氢氧化钾水溶液中对工作电极进行线性伏安扫描20次，扫描电压范围相对于可逆氢电极为0.1～-0.4V，扫速为5mV/s，同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1800r/min。
接着在100mL含有0.85mmol/L四氯化铱和1mol/L的氢氧化钾的水溶液中用线性伏安法进行合成，电压设置为0.1～-0.4V，扫描次数为4次，合成同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1800r/min。
合成结束后取出工作电极，用去离子水冲洗1min，重复上述冲洗过程3次，在室温下干燥，得到负载在玻碳电极上的Ir1/CoOOH单原子催化剂，且该单原子催化剂中铱单原子的质量分数为0.98％。
实施例4
(1)制备CoOOH：
常温下，将30.2mg六水合硝酸钴和21mL去离子水混合，搅拌30min得到均匀的溶液a；将121mg氢氧化钠和3.1mL去离子水混合，搅拌15min得到均匀的溶液b；将溶液b缓慢注射到溶液a中，搅拌50min得到混合液c；将0.62mL氯酸钠溶液缓慢注射到混合液c中，搅拌80min，得到混合液d；将所得到的产物用离心机离心分离，并用去离子水清洗5次；随后将产物在60℃下真空干燥18h；
(2)制备Ir1/CoOOH单原子催化剂：
在一个三电极系统中，铂丝作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极，CoOOH纳米片作为工作电极；
将5mg上述CoOOH分散到0.8mL去离子水、0.2 mL异丙醇、50μLNafion的混合液中，并超声处理60min形成均一的液体；
取5μL该液体滴到直径为3mm的玻碳电极上，待在室温下干燥后作为工作电极。
首先在100mL浓度为1mol/L的氢氧化钾水溶液中对工作电极进行线性伏安扫描20次，扫描电压范围相对于可逆氢电极为0.1～-0.4V，扫速为5mV/s，同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1500r/min。
接着在100mL含有0.13mmol/L四氯化铱和1mol/L的氢氧化钾的水溶液中用线性伏安法进行合成，电压设置为0.1～-0.4V，扫描次数为4次，合成同时采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1500r/min。
合成结束后取出工作电极，用去离子水冲洗1min，重复上述冲洗过程4次，在室温下干燥，得到负载在玻碳电极上的Ir1/CoOOH单原子催化剂，且该单原子催化剂中铱单原子的质量分数为1.34％。
在室温下利用三电极系统对Ir1/CoOOH单原子催化剂的性能进行评估
将实施例1所得的负载在玻碳电极上的Ir1/CoOOH单原子催化剂作为工作电极，以铂丝作为对电极，银/氯化银电极作为参比电极；采用浓度为1mol/L的氢氧化钾溶液作为电解质溶液。在相对于可逆氢电极为0.1～-0.4V的电位区间内以5mV/s的扫描速度进行线性伏安扫描得到Ir1/CoOOH单原子催化剂在电催化析氧反应中的极化曲线，溶液欧姆降补偿为9Ω；并以同样的方法测得商用IrO2的极化曲线。同样在该体系中，以恒电流模式施加10mA/cm2电流密度，记录工作电压随时间的变化，得到Ir1/CoOOH单原子催化剂在电催化析氧反应中的恒电流模式的稳定性曲线，测试时间为10h，溶液欧姆降补偿为9Ω。
分别作出Ir1/CoOOH单原子催化剂和商用IrO2催化剂在电催化析氧反应中的极化曲线，其结果图7所示，同时该Ir1/CoOOH单原子催化剂在电催化产氧反应的稳定性测试曲线如图8所示。参照图7和图8可知，本发明所得Ir1/CoOOH单原子催化剂在电催化析氧反应中表现出优于商用IrO2催化剂的活性和良好的催化稳定性，在极低的贵金属负载量的条件下，具有替代贵金属析氧反应催化剂的潜力。
同理，将实施例2～4所得Ir1/CoOOH单原子催化剂的性能也分别进行评估，其同样也表现出卓越的析氧反应催化活性和催化稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铱单原子催化剂，包括羟基氧化钴衬底和单分散的生长在所述羟基氧化钴衬底表面氧原子的三重中空位点处的铱原子；
所述三重中空位点为羟基氧化钴衬底表面任意三个呈三角形分布的氧原子的中心；
所述铱单原子催化剂按照以下步骤制备得到：
将三电极体系置于含有铱盐的电解质溶液中，进行线性伏安扫描合成，得到铱单原子催化剂；
所述三电极体系中的工作电极为负载有羟基氧化钴纳米片的玻碳电极；所述线性伏安扫描的电压为-0.4～0.1V；
所述电解质溶液包括铱盐、氢氧化钾和水；所述铱盐为四氯化铱，所述铱盐的质量、氢氧化钾的质量和水的体积之比为(0.03～0.04)mg：(55～58)mg：(0.9～1.0)mL。
2.根据权利要求1所述的铱单原子催化剂，其特征在于，所述铱单原子催化剂中铱原子的质量分数为0.95～1.5％。
3.根据权利要求2所述的铱单原子催化剂，其特征在于，所述羟基氧化钴衬底的尺寸为80～100nm。
4.如权利要求1所述的铱单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：
将三电极体系置于含有铱盐的电解质溶液中，进行线性伏安扫描合成，得到铱单原子催化剂；
所述三电极体系中的工作电极为负载有羟基氧化钴纳米片的玻碳电极；所述线性伏安扫描的电压为-0.4～0.1V。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述电解质溶液包括铱盐、氢氧化钾和水；所述铱盐为四氯化铱。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铱盐的质量、氢氧化钾的质量和水的体积之比为(0.03～0.04)mg：(55～58)mg：(0.9～1.0)mL。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述线性伏安扫描合成的扫描速度为3～8mV/s；所述线性伏安扫描合成的扫描次数为3～5次；每次所述线性伏安扫描合成的时间为63～167s。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述线性扫描合成中搅拌电解质溶液，所述搅拌的速率为1000～2000r/min。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述羟基氧化钴按照以下步骤制备得到：
将六水合硝酸钴与水混合，得到溶液A；
将氢氧化钠与水混合，得到溶液B；
将溶液B加入溶液A中，搅拌得到混合溶液C；
然后在所述混合溶液C中加入次氯酸钠溶液，得到混合液D；
将所述混合液D进行离心清洗和干燥，得到羟基氧化钴。
10.如权利要求1所述的铱单原子催化剂在电催化析氧反应中的应用。
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