[发明专利]一种超细双金属IrRu纳米线型催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种超细双金属IrRu纳米线型催化剂及其制备和应用，具体为:超细双金属IrRu纳米线的制备,以氯铱酸、氯化钌为金属前驱体盐，加入表面活性剂，溶解于有机溶剂中，搅拌一段时间后，加入还原剂，一定的温度下反应一段时间后，经过离心、洗涤、干燥步骤制得非负载型IrRu纳米线。然后取适量的IrRu纳米线的反应液，加入碳载体，搅拌反应12小时，经过离心洗涤、真空干燥制备得到碳负载型纳米线催化剂。TEM测试表明：纳米线直径分布介于1‑3纳米之间，纳米线相互之间呈网络连接，无明显团聚现象。LSV测试表明：在50mV过电位下的质量比活性是商业化Pt/C的4.2倍。在碱性阴离子交换膜燃料电池氢氧化(HOR)以及碱性水电解池(HER/OER)电催化中具有较好的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种超细双金属IrRu纳米线型催化材料及其制备方法和在碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)氢氧化(HOR)以及碱性水电解池(HER/OER)电催化中的应用，属于纳米材料电催化技术领域。

背景技术

碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC)是一种新型聚合物电解质膜燃料电池。与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比，它具有碱性燃料电池(AFC)阴极氧还原反应(ORR)动力学快的优点，阴极有望从根本上摆脱对贵金属铂的依赖；同时又采用固态阴离子聚合物电解质膜，克服了AFC中液体电解质KOH泄漏以及碳酸盐化等问题，结合了AFC和PEMFC二者的优点。因此，AAEMFC具有广阔的应用前景，成为燃料电池领域里新的研究方向。

虽然，AAEMFC具备碱性燃料电池(AFC)阴极氧还原反应(ORR)动力学快的优点，但是研究发现：碱性条件下，即便是贵金属铂族催化剂作为阳极氢氧化反应(HOR)的电催化剂，其交换电流密度却比酸性条件下慢2个数量级。阳极催化剂的pH效应严重阻碍了AAEMFC阳极降低贵金属载量以及使用非贵金属催化剂目标的实现，此外碱性水电解池中缺乏高活性和高稳定性的HER和OER催化剂，铂高成本严重制约碱性水电解的商业化。因此针对碱性条件下，高活性，高稳定性的非铂阳极氢氧化催化剂和碱性水电解析氢、析氧催化剂的研究成为热点。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种碱性阴离子交换膜燃料电池用氢氧化碳担载IrRu纳米线网络催化剂，使该催化剂在碱性阴离子交换膜燃料电池中具有较好的单池性能和碱性水电解池用非担载IrRu纳米线网络催化剂，使碱性水电解池具有较好的性能。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种简单、易重复制备的非担载或碳担载超细双金属IrRu纳米线型催化剂，所述纳米催化剂形貌为IrRu双金属纳米线相互之间连接成的网络状结构，所述双金属Ir：Ru的原子比例为10:1-1:10，所述纳米线直径在1-3nm之间，纳米线分布均匀，形貌保持良好，无明显团聚现象。

本发明另一方面提供了上述非担载或碳担载超细双金属IrRu纳米线型催化剂的制备方法，具体步骤如下：(1)非担载IrRu双金属纳米线的制备：取表面活性剂，溶解于有机溶剂中，待溶解后，加入氯铱酸、氯化钌，搅拌2-3h，加入还原剂硼氢化钠，20-60℃反应6-24h后得到IrRu纳米线的反应浆料，经过离心洗涤、真空干燥，得到所述的非担载型IrRu双金属纳米线催化剂；(2)碳担载IrRu双金属纳米线催化剂的制备：取适量的IrRu纳米线的反应浆料，加入一定量的酸预处理的碳载体，搅拌12-24h，经过离心洗涤、真空干燥，得到所述平均直径在1-3nm的碳担载IrRu双金属纳米线催化剂。

步骤(2)中所述的碳载体为XC-72、B2000、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮的一种或两种。

步骤(1)中所述表面活性剂物质的量与金属盐的物质的量的摩尔比为1:100，硼氢化钠的物质的量与氯铱酸和氯化钌的物质的量的摩尔比的范围为10:1-200:1。

步骤(1)中所述的混合溶剂为正己醇、正己烷的一种或两种；氯铱酸的摩尔浓度为0.01-0.1M；氯化钌的摩尔浓度为0.01-0.1M。