[发明专利]一种一锅法制备RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球电催化剂的方法

说明书

本发明涉及RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球电催化剂及其制备方法，属于新型纳米催化材料制备领域。本发明所用材料合成方法为气/液界面自组装法。具体步骤如下：首先将聚乙烯吡咯烷酮和三水合氯化钌和三氯化铱(氯铂酸钾、氯亚钯酸钾、三氯化铑)溶解到乙二醇中，在溶液中加入甲醛溶液，充分混合后，将溶液转移聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，并将其放入恒温鼓风干燥箱中加热反应。将所得产物离心、洗涤和干燥后得到黑色粉末状固体即为所述RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球电催化剂。本发明制备方法简便易行，合成的催化材料性能稳定，实验条件绿色环保，实验条件温和适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种一锅法制备RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球电催化剂的方法，属于新型功能材料技术领域。

背景技术

随着世界经济急速发展和人口的不断增多，能源在人类生存发展过程中扮演着越来越重要的角色。但由于化石燃料的过度使用，以及燃烧化石燃料产生的二氧化碳、二氧化硫等污染物，使得能源危机和环境问题越来越突出。因此，降低煤炭、石油等燃料的使用比率，研究清洁、无污染的替代能源在现代社会尤为重要。氢气能源由于其能量密度高、燃烧热值高以及燃烧产物仅为水的特点，被公认为是最具有发展潜力的能源载体。目前，最有潜力的氢能绿色生产和利用的技术是电解水和燃料电池，其相关的反应均涉及多电子转移过程，迫切需要相应的电催化剂以提高其反应动力学。

胶体球是指由单分散胶体颗粒为结构单元，通过自组装的形式构筑成的纳米材料，具有典型的三维中空超结构，其外壳由紧密排列的胶体颗粒构成，有利于反应物在内部孔隙以及中空内核中的传质，因而具有巨大的气体吸附和催化潜力(Guan B Y, Yu L, LouX W. Chemically assisted formation of monolayer colloidosomes on functionalparticles[J]. Advanced Materials, 2016, 28(43): 9596-9601.)。然而，自组装胶体球的制备往往面临各种困难，如：制备方法复杂、产物不稳定等，限制了其在催化方向的发展。

Ru具有与铂相似电子特性，并且拥有与Ni类似的亲氧性，且其成本仅为Pt的五分之一，为电催化反应效率提升提供了独特的解决方案(Zhou Y, Xie Z, Jiang J, et al.Lattice-confined Ru clusters with high CO tolerance and activity for thehydrogen oxidation reaction[J]. Nature Catalysis, 2020, 3(5): 454-462.)。目前，Ru基Pt族合金作为解决各类电催化反应动力学缓慢问题的潜力材料，受到了研究人员的关注。通过Ru与Ir、Pt、Pd、Rh等Pt族金属进行合金化，调控其协同电子结构，可以获得针对不同电催化反应的优秀纳米材料。

然而，结合二者在催化方面的优势，将RuIr(Pt，Pd，Rh)合金纳米晶体作为组装单元，自组装为三维中空胶体球的方法还未见报道。

本发明通过一锅法，将粒径在2 nm以下的RuIr(Pt，Pd，Rh)合金纳米晶体作为组装单元，通过气/液界面自组装的方法，制备了RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球电催化剂。首次通过气/液界面自组装的方法，在一次反应中即可制备由RuIr(Pt，Pd，Rh)合金纳米晶体自组装的RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球，该电催化剂具备空心胶体球典型的三维中空超结构，可为催化反应提供三相反应界面，同时具备Ru基Pt族材料在电催化反应中的本征催化优势，拓展了自组装纳米材料在电催化方向的发展前景。

发明内容

针对现有技术的上述不足之处，本发明提供了一种一锅法制备RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球电催化剂的方法，采用气/液界面自组装法即可一锅反应制备尺寸均一，形貌规整的RuIr(Pt，Pd，Rh)空心胶体球电催化剂。其制备工艺简单、快速高效、成本低廉，适合大规模工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：