[發明專利]一種雙金屬納米材料、催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010438048.6
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111570788B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 曹榮;王慧敏;曹敏納
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B22F9/24;C25B1/04;C25B11/097;C25B11/065;B01J23/52;B01J35/10;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 劉潔

本申請公開了一種雙金屬納米材料、催化劑及其制備方法與應用。所述雙金屬納米材料為核殼結構，內核為金屬金，外殼為金屬銥，所述雙金屬納米材料粒徑為2～200nm，該材料打破了傳統相圖中，難以得到Au?Ir雙金屬結構的規律，該材料制備的催化劑具有比表面積大、制備過程簡單、催化效果優異等優點。

技術領域

本申請涉及一種核殼結構雙金屬納米材料、催化劑及其制備方法與應用，屬于納米材料技術領域。

背景技術

近年來，隨著能源危機的日益加劇，人們努力尋找著各種符合要求的可替代能源，以降低對化石燃料的依賴。氫能作為一種清潔的二次能源，具有能量密度大、燃燒熱值高、來源廣、可儲存、可再生、可電可燃、零污染、零碳排等優點，有助于解決能源危機以及環境污染等問題，已經引起了大家的廣泛關注。電化學全解水可同時產生氫氣和氧氣，是一種高效地制備潔凈、可持續能源的技術。但是，由于全解水半反應—析氧反應(OER)動力學緩慢和OER催化劑迅速失活，OER成為了限制整個水分解效率的障礙。迄今為止，在整個水分解過程中，析氫反應和析氧反應的最佳催化劑仍是基于Pt和Ir(或Ru)的納米催化劑，但不幸的是，由于其較差的電催化穩定性，很難實現其廣泛的工業應用。除此之外，現階段水分解主要在堿性介質中進行工業化。隨著質子交換膜水電解池(PEMWE)的發展，在酸性介質中設計具有高催化效率和良好耐久性的催化劑成為研究的重點。Ir基催化劑具有優異產氫和產氧性能，有望制備成雙功能催化劑用于全解水。但是，由于成本和穩定性差的原因，減少這些催化劑的使用量并提高其催化活性和穩定性仍然是巨大的挑戰。核殼結構的催化劑不僅提高了催化活性和穩定性，而且提升了Ir的利用率。不過，想要得到兼具優異的析氫和析氧活性和穩定性的雙功能催化劑依然是巨大的挑戰。

發明內容

根據本申請的第一個方面，提供了一種雙金屬納米材料，所述雙金屬納米材料為核殼結構，內核為金屬金，外殼為金屬銥，所述雙金屬納米材料粒徑為2～200nm。該材料打破了傳統相圖中，難以得到Au-Ir雙金屬結構的規律，該材料制備的催化劑具有比表面積大、制備過程簡單、催化效果優異等優點。

可選地，所述雙金屬納米材料粒徑為8～10nm。當雙金屬納米材料為該粒徑范圍時，催化性能最佳。

本申請的第二個方面，提供了一種催化劑，包括載體和負載在所述載體上的雙金屬納米材料，所述雙金屬納米材料為核殼結構，內核為金屬金，外殼為金屬銥，所述雙金屬納米材料粒徑為2～200nm。

可選地，所述雙金屬納米材料粒徑為8～10nm。

可選地，所述載體為碳載體；

優選地，所述碳載體選自碳黑(VulcanXC-72)、石墨烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管中的至少一種；

優選地，所述雙金屬材料的負載量為5～60wt％。

本申請的第三個方面，提供了一種核殼結構雙金屬納米材料的制備方法，至少包括以下步驟：

對含有金前驅體、銥前驅體、還原劑的混合液進行反應，得到核殼結構雙金屬納米材料；

可選地，所述還原劑為鏈長為C10～C19含有雙鍵的化合物。

優選地，所述還原劑為液態，所述混合液由金前驅體、銥前驅體、還原劑組成。

可選地，所述還原劑選自十四烯、十六烯、2-十六烯酸、油胺、油酸、亞油酸、十八烯中的至少一種；

優選地，所述金前驅體選自四氯金酸三水合物、乙酸金、四溴氫金(III)水合物、四氯金(III)酸鉀水合物和四溴金(III)酸鉀二水合物中的至少一種；