[发明专利]一种双金属纳米材料、催化剂及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种双金属纳米材料、催化剂及其制备方法与应用。所述双金属纳米材料为核壳结构，内核为金属金，外壳为金属铱，所述双金属纳米材料粒径为2～200nm，该材料打破了传统相图中，难以得到Au‑Ir双金属结构的规律，该材料制备的催化剂具有比表面积大、制备过程简单、催化效果优异等优点。

技术领域

本申请涉及一种核壳结构双金属纳米材料、催化剂及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

近年来，随着能源危机的日益加剧，人们努力寻找着各种符合要求的可替代能源，以降低对化石燃料的依赖。氢能作为一种清洁的二次能源，具有能量密度大、燃烧热值高、来源广、可储存、可再生、可电可燃、零污染、零碳排等优点，有助于解决能源危机以及环境污染等问题，已经引起了大家的广泛关注。电化学全解水可同时产生氢气和氧气，是一种高效地制备洁净、可持续能源的技术。但是，由于全解水半反应—析氧反应(OER)动力学缓慢和OER催化剂迅速失活，OER成为了限制整个水分解效率的障碍。迄今为止，在整个水分解过程中，析氢反应和析氧反应的最佳催化剂仍是基于Pt和Ir(或Ru)的纳米催化剂，但不幸的是，由于其较差的电催化稳定性，很难实现其广泛的工业应用。除此之外，现阶段水分解主要在碱性介质中进行工业化。随着质子交换膜水电解池(PEMWE)的发展，在酸性介质中设计具有高催化效率和良好耐久性的催化剂成为研究的重点。Ir基催化剂具有优异产氢和产氧性能，有望制备成双功能催化剂用于全解水。但是，由于成本和稳定性差的原因，减少这些催化剂的使用量并提高其催化活性和稳定性仍然是巨大的挑战。核壳结构的催化剂不仅提高了催化活性和稳定性，而且提升了Ir的利用率。不过，想要得到兼具优异的析氢和析氧活性和稳定性的双功能催化剂依然是巨大的挑战。

发明内容

根据本申请的第一个方面，提供了一种双金属纳米材料，所述双金属纳米材料为核壳结构，内核为金属金，外壳为金属铱，所述双金属纳米材料粒径为2～200nm。该材料打破了传统相图中，难以得到Au-Ir双金属结构的规律，该材料制备的催化剂具有比表面积大、制备过程简单、催化效果优异等优点。

可选地，所述双金属纳米材料粒径为8～10nm。当双金属纳米材料为该粒径范围时，催化性能最佳。

本申请的第二个方面，提供了一种催化剂，包括载体和负载在所述载体上的双金属纳米材料，所述双金属纳米材料为核壳结构，内核为金属金，外壳为金属铱，所述双金属纳米材料粒径为2～200nm。

可选地，所述双金属纳米材料粒径为8～10nm。

可选地，所述载体为碳载体；

优选地，所述碳载体选自碳黑(VulcanXC-72)、石墨烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的至少一种；

优选地，所述双金属材料的负载量为5～60wt％。

本申请的第三个方面，提供了一种核壳结构双金属纳米材料的制备方法，至少包括以下步骤：

对含有金前驱体、铱前驱体、还原剂的混合液进行反应，得到核壳结构双金属纳米材料；

可选地，所述还原剂为链长为C10～C19含有双键的化合物。

优选地，所述还原剂为液态，所述混合液由金前驱体、铱前驱体、还原剂组成。

可选地，所述还原剂选自十四烯、十六烯、2-十六烯酸、油胺、油酸、亚油酸、十八烯中的至少一种；

优选地，所述金前驱体选自四氯金酸三水合物、乙酸金、四溴氢金(III)水合物、四氯金(III)酸钾水合物和四溴金(III)酸钾二水合物中的至少一种；