[发明专利]一种调制二十面体金电极材料表面应变的方法

说明书

本发明公开了一种调制二十面体金电极材料表面应变的方法，属于能源催化中优化电极材料的技术领域。基于电致塑性原理、结合五重孪晶二十面体表面丰富的应力/应变特性，该方法利用电化学工作站循环伏安测试过程中的电脉冲技术可实现二十面体金纳米催化剂表面应力/应变可调控，能够有效拓宽调控表面应变的技术路径。同时，通过该方法，可以简单快捷大规模地调制析氢电极催化剂材料的表面应变，可有效调制表面电子结构，改变M‑H键能，影响催化剂表面原子与反应物分子的相互作用，实现对电极材料析氢性能的调制，对于氢能源、燃料电池等可再生新型能源开发具有重要的科学意义。

技术领域

本发明涉及一种调制二十面体金电极材料表面应变的方法，利用电脉冲技术处理金电极纳米催化剂、可以高效、快捷地提升金电极材料的电解水析氢性能，属于能源催化中优化电极材料的技术领域。

背景技术

随着能源危机的日益加剧，可再生清洁能源的发展需求也愈加强烈。氢能源，因其高效、环保、可再生、储量丰富等众多优点，被视为目前最具发展前景的绿色能源。电催化分解水制氢技术（HER）是一种低成本、可持续且清洁的氢能源再生技术，能有效缓和全球日益增长的能源诉求。因此，发展一种简单、高效、普适性的析氢材料性能优化方法，对于推动可持续新型能源的快速发展具有重要的科学意义。

相比其它催化剂，贵金属催化剂因其独特的形貌结构、可调的物理或化学特性、较高的表面活性、良好的分散性和接触能力等诸多优良特性，在氢能源、燃料电池等可再生新型能源开发中一直扮演着至关重要的角色。如何设计和制备高性能（效率、活性、稳定性、选择性及负载等）的催化剂材料是开发可再生新型能源所面临的一个关键问题，也是目前能源催化应用领域迫切需要解决的重要科学难题。应变工程是调控材料性能、挖掘新奇物性及探索潜在用途的一种强有力的手段，可改变金属纳米催化剂表面原子的固有间距，有效调制其表面电子结构，进而影响催化剂表面原子与反应物分子之间的相互作用，最终实现调控其催化性能。因此相关科研工作者致力于探究提供催化剂应变工程的力学方式。目前，据文献调研，产生应变的方式主要有:弯曲或拉伸基底载体（参考文献1：Angew. Chem.Int. Ed. Engl.2015，127, 13173-13177）、热处理基底变形（参考文献2：Nat.Commun.2017, 8, 608(1-8).）、原子掺杂（参考文献3：ACS NANO.2015, 9, 387-400）、利用晶格不匹配特性构建核壳结构（参考文献4：SCIENCE. 2016, 354, 1410-1414），等。以上方法在调制催化剂应力/应变方面取得了显著效果，但是这些力学方式往往会引入基底、载体或他类原子的影响。值得一提的是，斯坦福大学的崔屹科研团队利用锂电池电极材料作为载体通过充放电过程调制催化剂的表面力学行为，进而提高材料的电化学性能（参考文献5：SCIENCE.2016, 354, 1031-1036），为高性能纳米催化剂的表面应变设计注入了一种全新提供力学的方式。然而，对于尺寸较大的电极催化剂材料的表面应变调控能力有限。因此，调制催化剂表面应变的物理方式有待探索拓展。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是，克服载体等外来因素的影响，提供一种普适性的改变应力/应变行为的力学方式，通过应力/应变工艺大幅提升二十面体金的电解水析氢性能。一方面，避免了载体等外来因素的影响；另一方面，利用电脉冲技术及五重孪晶二十面体的结构特点，实现了对二十面体金表面的应力/应变连续可调。

具体的技术方案如下：

一种调制二十面体金电极材料表面应变的方法，其特征在于，实验过程包括以下步骤：

1）将利用湿化学还原法制备出的五重孪晶二十面体金纳米晶配置成浓度为0.5 g/L的悬浊液（其中包含0.05%的Nafion溶液）；

2）取负载量为2微克的悬浊液滴放到工作电极上（直径为3毫米的玻碳电极），待其自然挥发干燥制得二十面体金电极；