[发明专利]一种催化析氢反应的铱铑纳米片组合体电催化剂及其制备方法

说明书

一种催化析氢反应的铱铑纳米片组合体电催化剂及其制备方法，分别配浓度在5～100mM之间的氯化铱和氯化铑溶液；取体积为0.5～3mL之间的N,N‑二甲基甲酰胺，将2～20mg的PS‑b‑PEO溶解其中；然后加入总体积为2mL的氯化铱和氯化铑溶液；最后再加入0.2～5mL之间的甲酸溶液，混合均匀；溶液充分混合后，置于水浴锅中加热到40～95℃之间，反应2～10h后，离心分离、收集沉淀并洗涤后得到铱铑纳米片组合体电催化剂。本发明操作步骤简单，反应条件温和，通过一步法制备出的铱铑纳米片组合体具有优异的电催化析氢反应性能。

(一)技术领域

本发明涉及一种催化析氢反应的铱铑纳米片组合体电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电化学催化析氢反应的研究。

(二)背景技术

氢气是一种最有潜力替代化石燃料的清洁能源。电解水制氢绿色环保，是一种高效产氢的有效途径。电解水过程中，选择高活性的用于阴极析氢反应的催化剂对提高电解水效率至关重要(Zhaojun Liu,Jing Qi,Moxuan Liu,Shumeng Zhang,Qikui Fan,HongpoLiu,Kai Liu,Haoquan Zheng,Yadong Yin,and Chuanbo Gao,Aqueous Synthesis ofUltrathin Platinum/Non-Noble Metal Alloy Nanowires for Enhanced HydrogenEvolution Activity(水相合成超薄Pt基合金纳米线用于增强析氢反应活性),Angew.Chem.2018,130,11852-11856)。贵金属铂为基础的材料是传统的催化析氢反应的催化剂，但是高昂的成本限制了其广泛应用。因此，对于催化析氢反应的非铂催化剂的研究具有重要意义。

目前，关于析氢反应的非铂催化剂的报道已有许多，如过渡金属磷化物、过渡金属氧化物、贵金属钌为基础的材料、贵金属铑为基础的材料等。其中，贵金属铱和铑为基础的材料由于在析氢反应过程中具有优异的催化活性和稳定性，成为一类具有很大潜力的析氢反应催化剂(Nan Zhang,Qi Shao,Yecan Pi,Jun Guo,and Xiaoqing Huang,Solvent-Mediated Shape Tuning of Well-Defined Rhodium Nanocrystals for EfficientElectrochemical Water Splitting(溶剂辅助可控合成铑纳米颗粒用于高效电解水),Chem.Mater.2017,29,5009-5015)。

另一方面，催化剂的催化活性与其形貌结构密切相关。因此，通过对电催化材料的形貌和结构进行调控，可控制合成出具有较高催化活性的电催化剂。在之前的报道中，二维金属纳米片由于其较大的比表面积和暴露出的更丰富的催化活性位点，使其在电催化领域具有广泛的应用。同时，二维金属纳米片由于具有结构灵活的特点，可用于构建复杂的三维纳米结构，从而进一步提高其电催化活性和稳定性(Juan Bai,Shu-He Han,Rui-Li Peng,Jing-Hui Zeng,Jia-Xing Jiang,and Yu Chen,Ultrathin Rhodium Oxide NanosheetNanoassemblies:Synthesis,Morphological Stability,and ElectrocatalyticApplication(超薄氧化铑纳米片组装体的合成、形貌调控以及电催化应用),ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,17195-17200)。基于以上考虑，设计合成含有铑和铱元素的金属纳米片几何体在析氢反应中具有很大的应用潜力。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种催化析氢反应的铱铑纳米片组合体电催化剂及其制备方法，以及对催化析氢反应进行研究。

本发明采用的技术方案是：

一种催化析氢反应的铱铑纳米片组合体电催化剂，由如下方法制备：

(1)分别配浓度在5～100mM之间的氯化铱和氯化铑溶液；