[发明专利]一种Au-Ir纳米合金、其制备方法及作为催化剂的应用

说明书

本申请公开了一种Au‑Ir纳米合金，粒径为5～10nm；所述Au‑Ir纳米合金中Au和Ir的摩尔比为：1:3～9:1。所述Au‑Ir纳米合金的颗粒尺寸小，具有极大的比表面积和较多的活性位点，Au‑Ir纳米合金的形貌可调，在电催化二氧化碳中表现出了不同的产物选择性。

技术领域

本申请涉及一种Au-Ir纳米合金、其制备方法及作为催化剂的应用，属于纳米材料合成领域。

背景技术

21世纪以来，随着化石燃料的大规模使用，造成了CO₂的过量排放，同时能源危机也日益加剧，极大地影响了人们的生存和发展，故人们努力开发着各种符合要求的新能源，以降低对化石燃料的依赖。CO₂在地球上储量丰富，无毒害，如果将CO₂作为碳源，用于合成各种高经济附加值的有机小分子，如：一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH₃OH)、甲烷(CH₄)等可使用的可再生资源。这样不仅减少了CO₂在大气中的积累，而且能产生各种可使用的燃料和有用的工业化学原料，解决了能源危机问题，形成了CO₂—能源—CO₂的良性循环，因此受到了各界的广泛关注。电化学CO₂还原，在常温和常压下可以有效地产生碳氢化合物和醇类等，具有产物分布十分多样的应用潜力。金属Au催化剂具有将CO₂选择性转化为CO的能力，已经吸引了众多研究人员关注。但由于Au纳米粒子尺寸减小时，总的电流密度急剧地增加，而CO产量缓慢地增长以及氢气的飞速增长，使得CO₂还原的法拉第效率下降。由于在小的金纳米粒子上有相当大数量的低协调性位点，CO₂还原和HER都被促进。因此，本发明通过引入第二种金属Ir，引起应变，改变电子结构，从而影响表面原子和反应物之间的相互作用，改变催化剂的选择性，同时形成合金的时候，某个原子位置可能形成空位，这些缺陷位点成为活性位点，提高金属纳米粒子的活性。电化学催化CO₂还原的产物可以通过改变催化剂的形貌来调整，这代表着对于实际的工业应用有重大价值

Au具有优良的电化学催化CO₂还原活性，但是Au是地壳中稀有的元素之一，所以如何减少其用量并尽可能的提高其催化能力成了一大难题。近年来越来越多人开始通过各种方法如调节金纳米颗粒的大小及形状等提高催化活性，但随着Au纳米粒子尺寸的减小，总的电流密度急剧地增加，氢气的飞速增长，而CO产量缓慢地增长，使得CO₂还原的法拉第效率下降。而金纳米催化剂制备过程中金很容易长成大颗粒，使得比表面积减小，反应活性位点不能充分暴露，与减少贵金属的用量的初衷违背。

与Au不同，Ir形核能垒低，易于形成小颗粒，但用常规化学合成方法难以得到形貌可控的Ir纳米颗粒。根据相图规律，在低于1100℃时，Au和Ir不互溶，低温反应难以形成合金。由于Au、Ir还原电势差别大，Au容易还原，且Au长大的能垒远低于形成AuIr合金的能垒，用常规方法难以得到形貌可控的AuIr纳米合金。目前形貌可控的AuIr纳米合金的合成还未见报道。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种Au-Ir纳米合金，所述Au-Ir纳米合金的颗粒尺寸小，具有极大的比表面积和较多的活性位点，催化剂的形貌可调，在电催化二氧化碳中表现出了不同的产物选择性。

所述Au-Ir纳米合金的粒径为5～10nm；

所述Au-Ir纳米合金中Au和Ir的摩尔为：1:3～9:1。

可选地，所述Au-Ir纳米合金的形貌可控。

可选地，所述纳米合金的晶面包括(111)晶面、(200)晶面中的至少一种。

可选地，所述Au-Ir合金的形貌包括Au-Ir双金属纳米颗粒、Au-Ir双金属纳米八面体、Au-Ir双金属纳米截端八面体、Au-Ir双金属纳米立方体。