[发明专利]一种高活性、高稳定性IrFe纳米合金复合材料及其制备方法、催化剂、应用

说明书

本发明提供了一种IrFe纳米合金复合材料，所述IrFe纳米合金复合材料包括N掺杂碳层和复合在所述N掺杂碳层上的IrFe纳米合金。本发明将贵金属铱修饰的铁基金属有机复合物为前驱体，将其负载在N掺杂碳层上，从而得到了氮掺杂碳层负载IrFe纳米合金复合材料。本发明利用过渡金属与贵金属合金化调控催化性能，合金化能够产生良好的电子结构，从而有效地促进催化性能的提高，并且通过构建氮掺杂碳层负载IrFe纳米合金复合材料实现了贵金属用量的降低，在提升催化剂性能的同时降低了贵金属的用量，具有良好的电催化实用前景。而且制备方法步骤简单、操作方便、条件温和，适合于推广和应用，具有良好的电催化实用前景。

技术领域

本发明属于电化学析氢纳米合金催化剂技术领域，涉及一种IrFe纳米合金 复合材料及其制备方法、IrFe纳米合金复合材料催化剂、应用，尤其涉及一种 高活性、高稳定性氮掺杂碳层负载IrFe纳米合金复合材料及其制备方法、氮掺 杂碳层负载IrFe纳米合金复合材料催化剂、应用。

背景技术

催化剂是在化学反应中最常见的物质之一，它是指在化学反应里能改变 反应物化学反应速率而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反 应前后都没有发生改变的物质叫催化剂，它和反应体系的关系就像锁与钥匙 的关系一样，具有高度的选择性。据统计，约有90％以上的工业过程中使用 催化剂，如化工、石化、生化、环保等。因而，领域内对于催化剂的研究一 直保持着高度的关注。催化剂种类繁多，分类也很多，通常按反应体系的相 态分为均相催化剂和多相催化剂，而多相催化剂又包括固体酸催化剂、有机碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂以 及纳米催化剂等，这其中金属催化剂是以金属为主要活性组分的固体催化剂， 是目前受到广泛应用的一种催化剂，主要分为贵金属及铁、钴、镍等过渡元 素，这类催化剂由于具有较高的催化活性，在工业领域越来越得到广泛的应 用，是一类非常重要的催化剂。

作为一种零排放、可再生的高能燃料，氢被视为未来取代化石能源的最 佳替代物。时下最热门的新能源氢燃料汽车采用的就是以氢能作为能源载体 的机载燃料电池。而制氢技术是氢能发展利用的起点，其中电解水制氢技术 可以在温和条件下将水裂解成氢气和氧气，由于碱性电解水制氢在技术上和 商业上都发展得较为成熟，因此在碱性电解液中开发具有高析氢活性的材料 是非常有必要的。

随着科学研究的不断深入，尽管科研人员报道了一系列高效析氢电催化 剂，但这些材料仍不能有效地驱动大电流密度条件下(尤其是1000mA cm^-2的电流密度)的产氢过程。所以，提升碱性介质中的电-氢转换效率能够克服 传统催化剂所需较高过电位引起的大量的能量消耗，小至诸如氢气发生器(已 用于气相色谱仪配件)等商业化装置，大至工业化碱性电解池的改进(如氯 碱工业中阳极电解产物为氯气，阴极产物为氢气，反应方程式为：2NaCl+ 2H₂O→2NaOH+Cl₂↑+H₂↑)都具有重大的研究意义和应用价值。而目前电 解水电解池商业化发展的瓶颈，在于缺乏高性能的电催化剂驱动500mA·cm^-2以上的大电流密度制氢。

因此，如何能够找到一种具有高活性和稳定性的析氢电催化剂，解决上 述问题，驱动大电流密度制氢，已成为业内诸多一线研究人员亟待解决的问 题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种IrFe纳米合金复合材料 及其制备方法、IrFe纳米合金复合材料催化剂、应用，特别是一种兼具高活性 和高稳定性IrFe纳米合金复合材料，本发明提供的IrFe纳米合金复合材料，作 为电化学析氢催化剂，具有极高的活性和稳定性，能够驱动大电流密度制氢。 在提升催化剂性能的同时降低了贵金属的用量；而且制备方法合成步骤简单， 条件温和，适合于大规模生产推广和应用，具有良好的电催化实用前景。

本发明提供了一种IrFe纳米合金复合材料，所述IrFe纳米合金复合材料 包括N掺杂碳层和复合在所述N掺杂碳层上的IrFe纳米合金。