[发明专利]一种用于水裂解产氧的Au-Ir纳米链电催化剂的制备方法

说明书

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。

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。