[发明专利]一种铱复合纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种铱复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将金属源、铱源、表面活性剂与溶剂混合，加热后加入碱源后再次加热，得到初始混合物；所述金属源为镍源、铁源或铜源；将所述初始混合物水热反应，得到铱复合纳米材料。本申请还提供了铱复合纳米材料作为电解水催化剂的应用。本申请利用溶剂热法制备了铱复合纳米材料，该铱复合纳米材料颗粒均匀，尺寸小，约为3nm左右；由于其极小的尺寸，为催化反应提供了足够多的活性位点，因而该材料具有优越的催化性能和更长的使用寿命。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种铱复合纳米材料的制备方法及其应用。

背景技术

水氧化反应在电解水产氢领域起到了非常重要的作用，是目前研究的热点之一。然而该反应对于广大的科研工作者仍然是一个巨大的挑战，因为它的动力学过程很慢，因此要求具有很高的过电势。

目前工业上所采用的酸性水氧化催化剂为贵金属催化剂，比如金属钌、铱等。上述贵金属催化剂在酸性电解液中可以保持一定的稳定性，而减少贵金属的用量并且保持材料的催化活性和稳定性是目前的研究热点。

目前基于贵金属催化剂的研究，可以见到以下报道：《科学》(Science,2016,353,1011-1014)报道了先合成出SrIrO3结构的材料并发现其在酸性条件下伴随着Sr的刻蚀所形成的IrOx/SrIrO3的结构表现出很好的催化活性以及稳定性。这种结构的材料充分了利用了金属铱，为工业化应用提供了一种参考。《德国应用化学》(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,1–6)报道了通过一系列步骤合成了金属铱掺杂钙钛矿型材料作为水氧化催化剂；研究者发现金属铱的引入可以调控材料的电子结构，相对于氧化铱，这种材料铱的用量减少了57％，而它的催化活性却得到了极大的提高；同时由于材料结构的原因，这种材料也表现出优异的稳定性。因此，在水氧化催化剂引入铱且减少铱的用量是十分必要的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种铱复合纳米材料的制备方法，本申请制备的铱复合纳米材料作为酸性电解水的催化剂具有较高的催化活性，且稳定性好。

有鉴于此，本申请提供了一种铱复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

将金属源、铱源、表面活性剂与溶剂混合，加热后加入碱源后再次加热，得到初始混合物；所述金属源为镍源、铁源或铜源；

将所述初始混合物反应，得到铱复合纳米材料。

优选的，所述反应的温度为100～220℃，所述反应的时间为8～20h。

优选的，所述金属源为镍源时，所述镍源选自硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、乙酸镍和乙酰丙酮镍中的一种或多种，所述铱源选自氯化铱和氯铱酸中的一种或两种，所述碱源选自氢氧化钠和氢氧化钾中的一种，所述表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。

优选的，所述金属源和所述铱源的质量比为(0.1～20)。

优选的，所述溶剂为乙二醇和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂。

优选的，所述乙二醇和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为(0.3～3)：1。

优选的，所述反应后还包括：

将反应后的产物离心分离，采用去离子水和无水乙醇洗涤后真空干燥。

优选的，所述铱复合纳米材料的尺寸为3～10nm。

本申请还提供了所述的制备方法所制备的铱复合纳米材料作为催化剂在电解水阳极反应中的应用。