[发明专利]一种碳载铱钼钨系金属间化合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳载铱钼钨系金属间化合物及其制备方法和应用。本发明的碳载铱钼钨系金属间化合物的组成包括碳载体和负载的铱钼钨系金属间化合物，铱钼钨系金属间化合物的化学式为IrMo_1‑xW_x，0≤x≤1。本发明的碳载铱钼钨系金属间化合物的制备方法包括以下步骤：将铱源、钼源或/和钨源、碳载体在溶剂体系中混匀，再除去溶剂后置于还原性气氛中进行热处理，即得碳载铱钼钨系金属间化合物。本发明的碳载铱钼钨系金属间化合物在酸性电解质和碱性电解质中均具有优异的电催化析氢和析氧活性，且其制备方法简单，适合用作酸/碱性电解水装置中的阴/阳极催化剂。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种碳载铱钼钨系金属间化合物及其制备方法和应用。

背景技术

氢能是一种高能量密度、零排放的可再生能源，被誉为未来最具希望的能源载体。目前，氢能的获取主要包括重整制氢和电解水制氢这两种，而利用间歇性能源发电所产生的电能来电解水是实现氢能可持续发展的重要途径。

电解水制氢过程中阳极发生的析氧反应(oxygen evolution reaction，OER)和阴极发生的析氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)是影响电解水制氢整体效率的关键过程。目前，关于OER和HER的高性能催化剂的开发仍然面临诸多问题，具体如下：1)阳极发生的OER反应不论是在酸性电解水系统还是碱性电解水系统中，由于涉及多电子-质子耦合过程，动力学非常滞缓，即便是采用贵金属铱和铱的氧化物作为催化剂，也仍然需要较高的过电位才能催化OER的进行，且由于酸性体系存在强腐蚀性(高电位和强酸)，鲜有能够稳定保持高OER活性的材料；2)酸性体系中的HER反应要比碱性体系具有更高的反应动力学，而活性最佳的酸性HER催化剂以贵金属铂催化剂为主，铂的储量有限，且价格昂贵，目前尚无能够满足实际应用的非贵金属基的酸性体系HER催化剂；3)碱性体系中的HER反应涉及多步的水解离过程，反应速率远不及酸性环境，即便是贵金属催化剂，其效率也比较低，虽然大多数非贵金属基催化剂能够在碱性环境中稳定，但其活性远低于贵金属基催化剂。

因此，开发一种在酸性电解质和碱性电解质中均具有优异的电催化析氢和析氧活性的催化剂具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳载铱钼钨系金属间化合物及其制备方法和应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种碳载铱钼钨系金属间化合物，其组成包括碳载体和负载的铱钼钨系金属间化合物，铱钼钨系金属间化合物的化学式为IrMo_1-xW_x，0≤x≤1。

优选的，所述碳载体为商用碳载体、碳纳米管中的至少一种。

进一步优选的，所述碳载体为碳纳米管。

优选的，所述铱钼钨系金属间化合物为铱钼金属间化合物、铱钨金属间化合物、铱钼钨金属间化合物中的至少一种。

优选的，所述碳载铱钼钨系金属间化合物中铱钼钨系金属间化合物的负载量为10％～30％。

优选的，所述铱钼钨系金属间化合物中铱元素、钼元素或/和钨元素的摩尔比为1:0.3～1:3.0。

上述碳载铱钼钨系金属间化合物的制备方法包括以下步骤：将铱源、钼源或/和钨源、碳载体在溶剂体系中混匀，再除去溶剂后置于还原性气氛中进行热处理，即得碳载铱钼钨系金属间化合物。

优选的，上述碳载铱钼钨系金属间化合物的制备方法包括以下步骤：将铱源、钼源或/和钨源、碳载体加入溶剂体系中，进行超声，再进行冷冻干燥或旋转蒸发除去溶剂，再置于还原性气氛中进行热处理，即得碳载铱钼钨系金属间化合物。

优选的，所述铱源为三硝酸铱、三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸、乙酸铱中的至少一种。