CN114789052A - 一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法 - Google Patents

一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114789052A
CN114789052A CN202210627461.6A CN202210627461A CN114789052A CN 114789052 A CN114789052 A CN 114789052A CN 202210627461 A CN202210627461 A CN 202210627461A CN 114789052 A CN114789052 A CN 114789052A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrocatalyst
ruir
colloidal sphere
hollow
hollow colloidal
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.)
Pending
Application number
CN202210627461.6A
Other languages
English (en)
Inventor
杨晓冬
孙一强
马文广
毕文惠
徐艳茹
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.)
University of Jinan
Original Assignee
University of Jinan
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 University of Jinan filed Critical University of Jinan
Priority to CN202210627461.6A priority Critical patent/CN114789052A/zh
Publication of CN114789052A publication Critical patent/CN114789052A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/468Iridium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/462Ruthenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/464Rhodium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33Electric or magnetic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/51Spheres

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂及其制备方法,属于新型纳米催化材料制备领域。本发明所用材料合成方法为气/液界面自组装法。具体步骤如下:首先将聚乙烯吡咯烷酮和三水合氯化钌和三氯化铱(氯铂酸钾、氯亚钯酸钾、三氯化铑)溶解到乙二醇中,在溶液中加入甲醛溶液,充分混合后,将溶液转移聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,并将其放入恒温鼓风干燥箱中加热反应。将所得产物离心、洗涤和干燥后得到黑色粉末状固体即为所述RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂。本发明制备方法简便易行,合成的催化材料性能稳定,实验条件绿色环保,实验条件温和适合大规模生产。

Description

一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法
技术领域
本发明涉及一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法,属于新型功能材料技术领域。
背景技术
随着世界经济急速发展和人口的不断增多,能源在人类生存发展过程中扮演着越来越重要的角色。但由于化石燃料的过度使用,以及燃烧化石燃料产生的二氧化碳、二氧化硫等污染物,使得能源危机和环境问题越来越突出。因此,降低煤炭、石油等燃料的使用比率,研究清洁、无污染的替代能源在现代社会尤为重要。氢气能源由于其能量密度高、燃烧热值高以及燃烧产物仅为水的特点,被公认为是最具有发展潜力的能源载体。目前,最有潜力的氢能绿色生产和利用的技术是电解水和燃料电池,其相关的反应均涉及多电子转移过程,迫切需要相应的电催化剂以提高其反应动力学。
胶体球是指由单分散胶体颗粒为结构单元,通过自组装的形式构筑成的纳米材料,具有典型的三维中空超结构,其外壳由紧密排列的胶体颗粒构成,有利于反应物在内部孔隙以及中空内核中的传质,因而具有巨大的气体吸附和催化潜力(Guan B Y, Yu L, LouX W. Chemically assisted formation of monolayer colloidosomes on functionalparticles[J]. Advanced Materials, 2016, 28(43): 9596-9601.)。然而,自组装胶体球的制备往往面临各种困难,如:制备方法复杂、产物不稳定等,限制了其在催化方向的发展。
Ru具有与铂相似电子特性,并且拥有与Ni类似的亲氧性,且其成本仅为Pt的五分之一,为电催化反应效率提升提供了独特的解决方案(Zhou Y, Xie Z, Jiang J, et al.Lattice-confined Ru clusters with high CO tolerance and activity for thehydrogen oxidation reaction[J]. Nature Catalysis, 2020, 3(5): 454-462.)。目前,Ru基Pt族合金作为解决各类电催化反应动力学缓慢问题的潜力材料,受到了研究人员的关注。通过Ru与Ir、Pt、Pd、Rh等Pt族金属进行合金化,调控其协同电子结构,可以获得针对不同电催化反应的优秀纳米材料。
然而,结合二者在催化方面的优势,将RuIr(Pt,Pd,Rh)合金纳米晶体作为组装单元,自组装为三维中空胶体球的方法还未见报道。
本发明通过一锅法,将粒径在2 nm以下的RuIr(Pt,Pd,Rh)合金纳米晶体作为组装单元,通过气/液界面自组装的方法,制备了RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂。首次通过气/液界面自组装的方法,在一次反应中即可制备由RuIr(Pt,Pd,Rh)合金纳米晶体自组装的RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球,该电催化剂具备空心胶体球典型的三维中空超结构,可为催化反应提供三相反应界面,同时具备Ru基Pt族材料在电催化反应中的本征催化优势,拓展了自组装纳米材料在电催化方向的发展前景。
发明内容
针对现有技术的上述不足之处,本发明提供了一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法,采用气/液界面自组装法即可一锅反应制备尺寸均一,形貌规整的RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂。其制备工艺简单、快速高效、成本低廉,适合大规模工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
1)按一定摩尔比分别称取聚乙烯吡咯烷酮(~360000)、三水合氯化钌和三氯化铱(氯铂酸钾、氯亚钯酸钾、三氯化铑)于烧杯中;
2)向步骤1)所用烧杯中加入乙二醇,并超声以促进聚乙烯吡咯烷酮(~360000)、三水合氯化钌和三氯化铱(氯铂酸钾、氯亚钯酸钾、三氯化铑)溶解到乙二醇中以形成棕色均质溶液;
3)向步骤2)烧杯中加入甲醛溶液并搅拌使其与原溶液互溶;
4)将步骤3)所得混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,将反应釜置于200 oC恒温鼓风干燥箱中反应2h;
5)将步骤4)所得反应混合物离心分离,并用乙醇洗涤3-4次,然后在60 oC下真空干燥后即得到最终产物。
本发明的有益效果:
(1)本发明提供了一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法,制备方法简单易操作,不需要特殊的设备,成本低廉且适于大规模制备,仅需一次反应即可制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂,可以满足实际应用的需求;
(2)本发明制备的RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂制备速度快,产物纯度高,提高了制备效率;
(3)本发明制备的RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂对电催化反应具有良好的催化效果;
(4)本发明方法简便易行,不需要专用设备。
附图说明
图1为RuIr空心胶体球电催化剂TEM图像;
图2为RuPt空心胶体球电催化剂TEM图像;
图3为RuPd空心胶体球电催化剂TEM图像;
图4为RuRh空心胶体球电催化剂TEM图像。
具体实施方式
下面通过具体实施实例并结合附图对本发明的内容作进一步详细说明,但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
首先分别称取0.9 mmol聚乙烯吡咯烷酮(~360000)、0.045 mmol三水合氯化钌和0.015 mmol三氯化铱溶解到6 mL乙二醇中,在混合溶液中加入1.5 mL甲醛溶液使其互溶,形成棕色溶液,将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,放入200 oC恒温鼓风干燥箱中反应2小时,然后离心分离,用乙醇超声清洗3-4次后在60oC真空干燥下烘干,制得RuIr合金空心胶体球电催化剂。
实施例2
首先分别称取0.9 mmol聚乙烯吡咯烷酮(~360000)、0.045 mmol三水合氯化钌和0.015 mmol氯铂酸钾溶解到6 mL乙二醇中,在混合溶液中加入1.5 mL甲醛溶液使其互溶,形成棕色溶液,将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,放入200 oC恒温鼓风干燥箱中反应2小时,然后离心分离,用乙醇超声清洗3-4次后在60oC真空干燥下烘干,制得RuPt合金空心胶体球电催化剂。
实施例3
首先分别称取0.9 mmol聚乙烯吡咯烷酮(~360000)、0.045 mmol三水合氯化钌和0.015 mmol氯亚钯酸钾溶解到6 mL乙二醇中,在混合溶液中加入1.5 mL甲醛溶液使其互溶,形成棕色溶液,将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,放入200 oC恒温鼓风干燥箱中反应2小时,然后离心分离,用乙醇超声清洗3-4次后在60oC真空干燥下烘干,制得RuPd合金空心胶体球电催化剂。
实施例4
首先分别称取0.9 mmol聚乙烯吡咯烷酮(~360000)、0.045 mmol三水合氯化钌和0.015 mmol三氯化铑溶解到6 mL乙二醇中,在混合溶液中加入1.5 mL甲醛溶液使其互溶,形成棕色溶液,将溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,放入200 oC恒温鼓风干燥箱中反应2小时,然后离心分离,用乙醇超声清洗3-4次后在60oC真空干燥下烘干,制得RuRh合金空心胶体球电催化剂。

Claims (4)

1.一种RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂,所述纳米粒子为由粒径小于2纳米的RuIr/RuPt/RuPd/RuRh合金纳米晶体作为组装单元,自组装形成的空心结构的微球,粒径为230-370 nm。
2.一种RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的制备方法,其特征在于制备方法的步骤如下:
1)称取一定摩尔比的聚乙烯吡咯烷酮(~360000)、三水合氯化钌和三氯化铱(氯铂酸钾、氯亚钯酸钾、三氯化铑)溶解到乙二醇中;
2)将甲醛溶液加入到上述步骤1)所得溶液中,混合后转移到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中,在恒温鼓风干燥箱中进行加热反应;
3)离心并洗涤干燥得到黑色粉末状产品。
3.根据权利要求2所述的钌空心胶体球电催化剂,其特征在于,所用溶剂为乙二醇,气/液界面自组装的气囊模板为甲醛。
4.根据权利要求2所述的RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的制备方法,其特征在于,步骤2)所述反应温度区间为180-220 oC,反应时间为2到12小时。
CN202210627461.6A 2022-06-06 2022-06-06 一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法 Pending CN114789052A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210627461.6A CN114789052A (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210627461.6A CN114789052A (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114789052A true CN114789052A (zh) 2022-07-26

Family

ID=82463505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210627461.6A Pending CN114789052A (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114789052A (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10204608A1 (de) * 2002-02-05 2003-08-07 Basf Ag Katalysatorzusammensetzung zur Oxychlorierung
CN101417341A (zh) * 2008-11-07 2009-04-29 江苏科技大学 制备金属镍纳米空心球的方法
US20100104647A1 (en) * 2007-02-09 2010-04-29 Newsouth Innovations Pty Limited Hollow microparticles
CN103586484A (zh) * 2013-11-25 2014-02-19 中国科学院福建物质结构研究所 钯钌合金纳米颗粒及其制备和用途
CN104607651A (zh) * 2015-01-09 2015-05-13 北京科技大学 一种球形多孔空心纳米钴粉体的化学制备方法
CN104971737A (zh) * 2014-04-09 2015-10-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种PtCo纳米空心球、其制备方法及应用
CN106623975A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 有研亿金新材料有限公司 一种纳米级铂铑合金粉末及其制备方法
CN106935871A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 中国科学院化学研究所 一种空心球状介孔PtAu纳米材料及其制备方法与应用
CN110416563A (zh) * 2019-07-15 2019-11-05 三峡大学 一种燃料电池用PdRh合金电催化剂的制备方法及应用
CN111632593A (zh) * 2020-07-02 2020-09-08 济南大学 一种钌铑合金纳米花球催化剂的制备方法及其电催化氮气还原应用
CN114558571A (zh) * 2022-03-08 2022-05-31 润泰化学(泰兴)有限公司 用于异丁酸与乙酸反应生成甲基异丙基酮的球形复合催化剂及制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10204608A1 (de) * 2002-02-05 2003-08-07 Basf Ag Katalysatorzusammensetzung zur Oxychlorierung
US20100104647A1 (en) * 2007-02-09 2010-04-29 Newsouth Innovations Pty Limited Hollow microparticles
CN101417341A (zh) * 2008-11-07 2009-04-29 江苏科技大学 制备金属镍纳米空心球的方法
CN103586484A (zh) * 2013-11-25 2014-02-19 中国科学院福建物质结构研究所 钯钌合金纳米颗粒及其制备和用途
CN104971737A (zh) * 2014-04-09 2015-10-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种PtCo纳米空心球、其制备方法及应用
CN104607651A (zh) * 2015-01-09 2015-05-13 北京科技大学 一种球形多孔空心纳米钴粉体的化学制备方法
CN106935871A (zh) * 2015-12-31 2017-07-07 中国科学院化学研究所 一种空心球状介孔PtAu纳米材料及其制备方法与应用
CN106623975A (zh) * 2016-12-23 2017-05-10 有研亿金新材料有限公司 一种纳米级铂铑合金粉末及其制备方法
CN110416563A (zh) * 2019-07-15 2019-11-05 三峡大学 一种燃料电池用PdRh合金电催化剂的制备方法及应用
CN111632593A (zh) * 2020-07-02 2020-09-08 济南大学 一种钌铑合金纳米花球催化剂的制备方法及其电催化氮气还原应用
CN114558571A (zh) * 2022-03-08 2022-05-31 润泰化学(泰兴)有限公司 用于异丁酸与乙酸反应生成甲基异丙基酮的球形复合催化剂及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Metal-catalyzed hydrolysis of ammonia borane: Mechanism, catalysts, and challenges
CN111715298B (zh) 一种类钻石状的双金属FeCo-MOF析氧电催化剂及其制备方法
CN111041517B (zh) 一种二维铋烯纳米片的制备方法及其应用
CN111167495B (zh) 一种氨硼烷制氢用催化剂Ni2-xFex@CN-G及其制备方法
CN111250076B (zh) 一种纳米铋催化剂及其制备方法和应用
Sun et al. Self-supporting metal–organic framework-based hydrogen and oxygen electrocatalysts
CN114849750A (zh) 一种中空氮掺杂碳球负载金属催化剂及其制备方法和应用
Zhou et al. Hollow microstructural regulation of single-atom catalysts for optimized electrocatalytic performance
CN108315759A (zh) 一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料及其合成方法
CN114990573A (zh) 一种自组装二维Ir金属烯电催化剂的制备方法
CN114797857B (zh) 一种纳米花状铜基材料及其制备方法和应用
CN114789052A (zh) 一种一锅法制备RuIr(Pt,Pd,Rh)空心胶体球电催化剂的方法
He et al. Construction of anchoring traps-reinforced ultrafine ruthenium nanoparticles as efficient catalysts for boosting H2 production from ammonia-borane hydrolysis
CN114622227B (zh) 一种纳米片状镍基电催化剂、制备方法和应用
CN110116003B (zh) 硼氢化钠水解制氢复合类珊瑚形貌催化剂
CN111910290B (zh) 一种具有梯度分布的钴镍合金/碳复合电催化剂及其制备方法和应用
CN113564617A (zh) 一种双功能电催化剂的制备方法
CN113083325A (zh) 一种氨硼烷水解制氢用催化剂Ru1-xCox/P25及其制备方法
CN114377691A (zh) 一种甜甜圈状空心多孔Pt-Ni纳米粒子负载氧化钛材料及其制备方法
CN114976075A (zh) 一种一锅法制备钌空心胶体球氢氧化电催化剂的方法
CN113578386A (zh) 一种Fe2Co基金属有机框架CO2还原光催化剂的制备
CN115532267B (zh) 一种用于低温液相甲酸制氢纳米镍催化剂及其制备方法
Wang et al. Heterogeneous synergistic catalysts enable efficient catalytic transfer hydrogenation of nitro compounds via in-situ provided hydrogen
CN115869941B (zh) 二维层状蛭石层间限域贵金属纳米颗粒催化剂的制备方法
CN114100682B (zh) 一种羽状叶异质结光催化剂及其制备方法

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20220726

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication