[發明專利]一種高活性、高穩定性IrFe納米合金復合材料及其制備方法、催化劑、應用

在審

• 申請號: 201910636010.7
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110523422A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 陳乾旺;江鵬;陳實
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;B01J23/89;B01J35/10;B01J37/08;B01J37/06;B01J37/18;B82Y30/00;B82Y40/00;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 11227 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉偉<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明提供了一種IrFe納米合金復合材料，所述IrFe納米合金復合材料包括N摻雜碳層和復合在所述N摻雜碳層上的IrFe納米合金。本發明將貴金屬銥修飾的鐵基金屬有機復合物為前驅體，將其負載在N摻雜碳層上，從而得到了氮摻雜碳層負載IrFe納米合金復合材料。本發明利用過渡金屬與貴金屬合金化調控催化性能，合金化能夠產生良好的電子結構，從而有效地促進催化性能的提高，并且通過構建氮摻雜碳層負載IrFe納米合金復合材料實現了貴金屬用量的降低，在提升催化劑性能的同時降低了貴金屬的用量，具有良好的電催化實用前景。而且制備方法步驟簡單、操作方便、條件溫和，適合于推廣和應用，具有良好的電催化實用前景。

技術領域

本發明屬于電化學析氫納米合金催化劑技術領域，涉及一種IrFe納米合金 復合材料及其制備方法、IrFe納米合金復合材料催化劑、應用，尤其涉及一種 高活性、高穩定性氮摻雜碳層負載IrFe納米合金復合材料及其制備方法、氮摻 雜碳層負載IrFe納米合金復合材料催化劑、應用。

背景技術

催化劑是在化學反應中最常見的物質之一，它是指在化學反應里能改變 反應物化學反應速率而不改變化學平衡，且本身的質量和化學性質在化學反 應前后都沒有發生改變的物質叫催化劑，它和反應體系的關系就像鎖與鑰匙 的關系一樣，具有高度的選擇性。據統計，約有90％以上的工業過程中使用 催化劑，如化工、石化、生化、環保等。因而，領域內對于催化劑的研究一 直保持著高度的關注。催化劑種類繁多，分類也很多，通常按反應體系的相 態分為均相催化劑和多相催化劑，而多相催化劑又包括固體酸催化劑、有機堿催化劑、金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、絡合物催化劑、稀土催化劑以 及納米催化劑等，這其中金屬催化劑是以金屬為主要活性組分的固體催化劑， 是目前受到廣泛應用的一種催化劑，主要分為貴金屬及鐵、鈷、鎳等過渡元 素，這類催化劑由于具有較高的催化活性，在工業領域越來越得到廣泛的應 用，是一類非常重要的催化劑。

作為一種零排放、可再生的高能燃料，氫被視為未來取代化石能源的最 佳替代物。時下最熱門的新能源氫燃料汽車采用的就是以氫能作為能源載體 的機載燃料電池。而制氫技術是氫能發展利用的起點，其中電解水制氫技術 可以在溫和條件下將水裂解成氫氣和氧氣，由于堿性電解水制氫在技術上和 商業上都發展得較為成熟，因此在堿性電解液中開發具有高析氫活性的材料 是非常有必要的。

隨著科學研究的不斷深入，盡管科研人員報道了一系列高效析氫電催化 劑，但這些材料仍不能有效地驅動大電流密度條件下(尤其是1000mA cm^-2的電流密度)的產氫過程。所以，提升堿性介質中的電-氫轉換效率能夠克服 傳統催化劑所需較高過電位引起的大量的能量消耗，小至諸如氫氣發生器(已 用于氣相色譜儀配件)等商業化裝置，大至工業化堿性電解池的改進(如氯 堿工業中陽極電解產物為氯氣，陰極產物為氫氣，反應方程式為：2NaCl+ 2H₂O→2NaOH+Cl₂↑+H₂↑)都具有重大的研究意義和應用價值。而目前電 解水電解池商業化發展的瓶頸，在于缺乏高性能的電催化劑驅動500mA·cm^-2以上的大電流密度制氫。

因此，如何能夠找到一種具有高活性和穩定性的析氫電催化劑，解決上 述問題，驅動大電流密度制氫，已成為業內諸多一線研究人員亟待解決的問 題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種IrFe納米合金復合材料 及其制備方法、IrFe納米合金復合材料催化劑、應用，特別是一種兼具高活性 和高穩定性IrFe納米合金復合材料，本發明提供的IrFe納米合金復合材料，作 為電化學析氫催化劑，具有極高的活性和穩定性，能夠驅動大電流密度制氫。 在提升催化劑性能的同時降低了貴金屬的用量；而且制備方法合成步驟簡單， 條件溫和，適合于大規模生產推廣和應用，具有良好的電催化實用前景。

本發明提供了一種IrFe納米合金復合材料，所述IrFe納米合金復合材料 包括N摻雜碳層和復合在所述N摻雜碳層上的IrFe納米合金。