一种Au-Ir纳米合金、其制备方法及作为催化剂的应用技术

本申请公开了一种Au‑Ir纳米合金，粒径为5～10nm；所述Au‑Ir纳米合金中Au和Ir的摩尔比为：1:3～9:1。所述Au‑Ir纳米合金的颗粒尺寸小，具有极大的比表面积和较多的活性位点，Au‑Ir纳米合金的形貌可调，在电催化二氧化碳中表现出了不同的产物选择性。

An Au-Ir nano-alloy, its preparation method and application as catalyst

The present application discloses an Au_Ir nano-alloy with a particle size of 5-10 nm, and the molar ratio of Au and Ir in the Au_Ir nano-alloy is 1:3-9:1. The Au_ Ir nano-alloy has small particle size, large specific surface area and more active sites. The morphology of the Au_ Ir nano-alloy is adjustable and shows different product selectivity in electrocatalytic carbon dioxide.

【技术实现步骤摘要】
一种Au-Ir纳米合金、其制备方法及作为催化剂的应用
本申请涉及一种Au-Ir纳米合金、其制备方法及作为催化剂的应用，属于纳米材料合成领域。
技术介绍
21世纪以来，随着化石燃料的大规模使用，造成了CO2的过量排放，同时能源危机也日益加剧，极大地影响了人们的生存和发展，故人们努力开发着各种符合要求的新能源，以降低对化石燃料的依赖。CO2在地球上储量丰富，无毒害，如果将CO2作为碳源，用于合成各种高经济附加值的有机小分子，如：一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)等可使用的可再生资源。这样不仅减少了CO2在大气中的积累，而且能产生各种可使用的燃料和有用的工业化学原料，解决了能源危机问题，形成了CO2—能源—CO2的良性循环，因此受到了各界的广泛关注。电化学CO2还原，在常温和常压下可以有效地产生碳氢化合物和醇类等，具有产物分布十分多样的应用潜力。金属Au催化剂具有将CO2选择性转化为CO的能力，已经吸引了众多研究人员关注。但由于Au纳米粒子尺寸减小时，总的电流密度急剧地增加，而CO产量缓慢地增长以及氢气的飞速增长，使得CO2还原的法拉第效率下降。由于在小的金纳米粒子上有相当大数量的低协调性位点，CO2还原和HER都被促进。因此，本专利技术通过引入第二种金属Ir，引起应变，改变电子结构，从而影响表面原子和反应物之间的相互作用，改变催化剂的选择性，同时形成合金的时候，某个原子位置可能形成空位，这些缺陷位点成为活性位点，提高金属纳米粒子的活性。电化学催化CO2还原的产物可以通过改变催化剂的形貌来调整，这代表着对于实际的工业应用有重大价值Au具有优良的电化学催化CO2还原活性，但是Au是地壳中稀有的元素之一，所以如何减少其用量并尽可能的提高其催化能力成了一大难题。近年来越来越多人开始通过各种方法如调节金纳米颗粒的大小及形状等提高催化活性，但随着Au纳米粒子尺寸的减小，总的电流密度急剧地增加，氢气的飞速增长，而CO产量缓慢地增长，使得CO2还原的法拉第效率下降。而金纳米催化剂制备过程中金很容易长成大颗粒，使得比表面积减小，反应活性位点不能充分暴露，与减少贵金属的用量的初衷违背。与Au不同，Ir形核能垒低，易于形成小颗粒，但用常规化学合成方法难以得到形貌可控的Ir纳米颗粒。根据相图规律，在低于1100℃时，Au和Ir不互溶，低温反应难以形成合金。由于Au、Ir还原电势差别大，Au容易还原，且Au长大的能垒远低于形成AuIr合金的能垒，用常规方法难以得到形貌可控的AuIr纳米合金。目前形貌可控的AuIr纳米合金的合成还未见报道。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种Au-Ir纳米合金，所述Au-Ir纳米合金的颗粒尺寸小，具有极大的比表面积和较多的活性位点，催化剂的形貌可调，在电催化二氧化碳中表现出了不同的产物选择性。所述Au-Ir纳米合金的粒径为5～10nm；所述Au-Ir纳米合金中Au和Ir的摩尔为：1:3～9:1。可选地，所述Au-Ir纳米合金的形貌可控。可选地，所述纳米合金的晶面包括(111)晶面、(200)晶面中的至少一种。可选地，所述Au-Ir合金的形貌包括Au-Ir双金属纳米颗粒、Au-Ir双金属纳米八面体、Au-Ir双金属纳米截端八面体、Au-Ir双金属纳米立方体。可选地，所述Au-Ir双金属纳米颗粒的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米八面体的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米截端八面体的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面和(200)晶面；所述Au-Ir双金属纳米立方体的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面。可选地，所述Au-Ir双金属纳米颗粒的特定晶面为Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米八面体的特定晶面为Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米截端八面体的特定晶面为Au-Ir合金的(111)晶面和(200)晶面；所述Au-Ir双金属纳米立方体的特定晶面为Au-Ir合金的(111)晶面。“特定晶面”，指所述Au-Ir纳米合金通过控制反应条件，制得的形貌可控的Au-Ir纳米合金，暴露出的期望的晶面。可选地，所述Au-Ir双金属纳米颗粒的表面主要为Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米八面体的表面主要为Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米截端八面体的表面主要为Au-Ir合金的(111)晶面和(200)晶面；所述Au-Ir双金属纳米立方体的表面主要为Au-Ir合金的(111)晶面。作为一种实施方式，制备一系列形貌可控的Au-Ir双金属纳米催化剂，包括Au-Ir双金属纳米颗粒，Au-Ir双金属纳米八面体，Au-Ir双金属纳米截端八面体，Au-Ir双金属纳米立方体。PVP(聚乙烯吡咯烷酮)和卤素离子(Br-)作为面选择剂，通过精确控制面选择剂的浓度即可得到具有不同形貌的Au-Ir双金属纳米催化剂，颗粒尺寸在5-10nm，该种材料可用于电催化CO2还原反应。根据本申请的另一个方面，提供了一种所述的Au-Ir纳米合金的制备方法，打破了传统相图中，固态Au、Ir不互溶的规律。其中，选用溶剂油胺作为还原剂，在高温下对Au盐和Ir盐进行共还原，制备得到Au-Ir合金纳米颗粒，同时油胺又作为表面活性剂，能够有效的控制合金纳米颗粒的尺寸。PVP(聚乙烯吡咯烷酮)在形核和长大过程中能有效的控制Au颗粒的生长，改变了Au长大的能垒和形成AuIr合金的能垒，可以得到Au-Ir合金纳米颗粒。卤素离子(Br-)作为面选择剂，通过调节金属前驱体盐的种类和卤素离子浓度可以得到具有不同形貌和性能的合金纳米催化剂。该催化剂具有比表面积高，制备条件较温和，催化效果较好等优点。本专利技术利用油胺作为表面活性剂和还原剂，PVP(聚乙烯吡咯烷酮)和卤素离子(Br-)作为面选择剂，合成形貌可控的Au-Ir双金属纳米催化剂并用于电催化二氧化碳还原。通过调节金属前驱体盐的种类和卤素离子浓度可以得到具有不同形貌的合金纳米催化剂，对电催化二氧化碳还原表现出不同的产物选择性。本方法具有合成简单，操作方便，应用范围广等特点，且制备条件较温和，方法简易，无需特殊的设备，成本比较低廉。所述的Au-Ir纳米合金的制备方法，其特征在于，将含有Ir的金属前驱体盐、Au的金属前驱体盐和还原剂的混合物，在非活性气氛条件下，共还原反应，获得所述Au-Ir纳米合金。所述方法，通过表面活性剂的加入，调节Au和Ir形核和长大的能垒，使得Au和Ir共还原，可以调节得到形貌可控的AuIr合金，同时因为第二种金属Ir的引入，引起应变，改变电子结构，从而影响表面原子和反应物之间的相互作用，改变催化剂的选择性。所述的Au-Ir纳米合金的制备方法，其特征在于，将含有Ir的金属前驱体盐、Au的金属前驱体盐、油胺的原料混合超声分散得到混合物；将所述混合物加热，油胺作为还原剂对Au盐和Ir盐进行共还原，制备得到所述Au-Ir纳米合金。可选地，所述Au-Ir纳米合金的制备方法，采用共还原的方法，将Ir的金属前驱体盐和Au的金属前驱体盐同时加入反应容器中，溶剂油胺作为还原剂在高温下对Au盐和Ir盐进行共还原，制备得到AuIr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Au‑Ir纳米合金，其特征在于，所述Au‑Ir纳米合金的粒径为5～10nm；所述Au‑Ir纳米合金中Au和Ir的摩尔比为：1:3～9:1。

【技术特征摘要】
1.一种Au-Ir纳米合金，其特征在于，所述Au-Ir纳米合金的粒径为5～10nm；所述Au-Ir纳米合金中Au和Ir的摩尔比为：1:3～9:1。2.根据权利要求1所述的Au-Ir纳米合金，其特征在于，所述纳米合金的晶面包括(111)晶面、(200)晶面中的至少一种；优选地，所述Au-Ir合金的形貌包括Au-Ir双金属纳米颗粒、Au-Ir双金属纳米八面体、Au-Ir双金属纳米截端八面体、Au-Ir双金属纳米立方体；优选地，所述Au-Ir双金属纳米颗粒的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米八面体的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面；所述Au-Ir双金属纳米截端八面体的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面和(200)晶面；所述Au-Ir双金属纳米立方体的晶面包括Au-Ir合金的(111)晶面。3.权利要求1或2所述的Au-Ir纳米合金的制备方法，其特征在于，将含有Ir的金属前驱体盐、Au的金属前驱体盐和还原剂的混合物，在非活性气氛条件下，共还原反应，获得所述Au-Ir纳米合金。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述混合物中含有溶剂；所述溶剂选自油胺、油胺和油酸的混合物、油胺和十八烯的混合物中的一种，其中油胺同时作为反应的还原剂；所述还原剂的加入量满足：还原剂油胺与金属前驱体盐的摩尔比大于35:1；所述金属前驱体盐包括Ir的金属前驱体盐和Au的金属前驱体盐；所述Au的金属前驱体选自四氯金酸三水合物、乙酸金中的至少一种；所述Ir的金属前驱体选自三水合氯化铱、水合六氯铱酸、2,4-戊二酮酸铱中的至少一种；所述非活性气氛选自氮气、惰性气体中的至少一种。优选地，所述混合物中Au的金属前驱体盐的浓度为0.5～10.5mg/ml；所述Ir的金属前驱体的浓度为0.3～8mg/ml。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述混合物中还包括表面活性剂、面选择剂中的至少一种；优选地，所述表面活性剂选自油胺、油酸中的至少一种；优选地，所述面选择溶剂选自PVP、含卤素离子的化合物中的至少一种；所述卤素离子为Br-、I-，其中优选Br-；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧敏，曹敏纳，曹荣，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35