一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提出一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2‑NF单原子催化剂及其制备方法、应用，所述催化剂是由单分散Ir原子均匀地负载在Co0.8Fe0.2Se2‑NF二维纳米薄片表面构成。其制备方法包括：在包含铱盐的电解质溶液中，采用三电极体系进行电化学沉积，以Co0.8Fe0.2Se2‑NF二维纳米薄片作为工作电极，进行线性伏安扫描，使铱原子单分散、均匀地沉积到Co0.8Fe0.2Se2‑NF二维纳米薄片上，得到所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2‑NF单原子催化剂。所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2‑NF单原子催化剂在电催化分解水反应中具有高活性和高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂及其制备方法、应用
本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂及其制备方法、应用。
技术介绍
电催化分解水是一种极其重要的化工反应，其反应得到的氢气可作为高效清洁能源，缓解当前能源短缺、环境污染等问题。传统的电催化分解水反应主要以铂基催化剂催化阴极析氢反应，以铱、钌基催化剂催化阳极析氧反应，虽然有着较好的活性，然而铂、铱、钌等贵金属储量稀少、成本高昂，不可再生，难以进行大规模的产业应用。经过人们的研究和开发，诸如过渡金属硫化物、硒化物、磷化物及其氧化物、氢氧化物等一系列成本低廉、性能稳定的非贵金属催化剂也相继出现，但是其活性与贵金属催化剂相差较远，且需要较高的负载量。因此，从降低贵金属催化剂负载量的角度出发，提高贵金属原子的利用率，研制低负载、高活性、高稳定性的电催化分解水催化剂显得尤为重要。而新兴的单原子催化剂，是将单个金属原子相互独立地沉积在衬底材料上，是连接均相催化和异相催化的桥梁，具有原子利用率高、金属活性中心配位不饱和、与衬底协同作用等一系列特点，单原子催化剂在一系列反应，如电解水、氧还原、二氧化碳电还原等反应中表现出卓越的活性和稳定性。通过设计单原子电催化分解水催化剂可以有效降低贵金属的负载量，得到高效、稳定的催化剂。然而，目前合成单原子催化剂的方法普遍存在负载量过低、稳定性差、工序复杂、合成可控性差等问题，研发便捷、有效的单原子催化剂合成方法具有重要意义。电沉积技术以电力为驱动力，将特定原子沉积到衬底表面得到所需结构，是一种传统但简单有效、污染小、组分和结构灵活可调的合成技术。电沉积多用来制备薄膜、超晶格、纳米颗粒、纳米团簇等结构，这些都是通过调节原料物种浓度、沉积电位和沉积时间，从而控制晶体成核、生长过程来实现的，因此理论上在原料物种浓度极低、沉积时间较短的条件下，可以实现纳米晶尺寸的连续可调，这将为单原子结构的制备提供重要思路。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂及其制备方法、应用，所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂基于电沉积构筑单原子结构，通过电沉积方法可快速、高效、可控地沉积Ir单原子，获得的Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂由于具有单原子的高原子利用率和与衬底间的协同作用，因此在电催化分解水反应中具有高活性和高稳定性，同时其低的Ir原子负载量使得催化剂在保持高性能的前提下对贵金属的消耗大大降低，从而发挥其在电催化分解水反应中大范围推广应用的潜在优势。本专利技术提出的一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂，所述催化剂是由单分散Ir原子均匀地负载在Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片表面构成，Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片是Co0.8Fe0.2Se2纳米薄片负载于泡沫镍上的复合载体。优选地，Ir原子与Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片的质量比为2-4:95-105。一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂的制备方法，包括：在包含铱盐的电解质溶液中，采用三电极体系进行电化学沉积，以Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片作为工作电极，进行线性伏安扫描，使铱原子单分散、均匀地沉积到Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片上，得到所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂。优选地，所述铱盐为四氯化铱，且所述电解质溶液中还包含氢氧化钾，氢氧化钾和去离子水的质量体积比为56-57mg:0.8-1.2mL，氢氧化钾和四氯化铱的质量比为56-57:0.03-0.04。优选地，制备所述Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片的方法包括：常温下将片状泡沫镍和摩尔体积比为3-4mmol:0.15-0.2mmol:9.5-10.5mmol:11-12mmol:15-25mL:150-200mL的氯化钴、氯化铁、氯化钠、六亚甲基四胺、乙醇、去离子水混合，搅拌均匀后在80-100℃下水解反应1.5-3h，再冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到Co0.8Fe0.2(OH)2-NF二维纳米薄片；将所述Co0.8Fe0.2(OH)2-NF二维纳米薄片和摩尔体积比为3-4mmol:7-8mmol:0.1-0.2mL:20-30mL的硒粉、氢氧化钠、水合肼、N,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌均匀后在160-200℃下水热反应1-2h，再冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，得到Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片；优选地，片状泡沫镍的大小规格为0.8-1.2cm*2.6-3.5cm。优选地，所述电化学沉积为阴极电化学沉积，阴极电化学沉积的扫描电位相对于可逆氢电极为-0.3-0.1V，扫描速度为4.8-5.2mV/s，扫描次数为8-12次。优选地，所述电化学沉积为阳极电化学沉积，阳极电化学沉积的扫描电位相对于可逆氢电极为1.3-1.8V，扫描速度为4.8-5.2mV/s，扫描次数为8-12次。优选地，进行电化学沉积时，采用磁力搅拌的方式搅拌电解质溶液，搅拌速率为1300-1500r/min。优选地，所述制备方法还包括：线性伏安扫描完成后，取出工作电极，用极性溶剂冲洗，重复上述冲洗过程4-6次；优选地，冲洗时间为1-2min，更优选地，极性溶剂为去离子水。本专利技术还提出上述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂在全解水反应中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂是将Ir单原子均一、单分散地负载到Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片上，该Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片实质是生长在泡沫镍上的二维的硒化钴铁薄片组成，最终构建出一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂。该Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂既减小了贵金属用量，且异相结构利于催化剂的回收，降低了催化剂成本；又基于单原子在衬底上的高分散性而具有高原子利用率和衬底协同作用，使所得Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂在电催化分解水中具有很高的催化活性和催化稳定性。与此同时，作为一种新颖、简单、有效的单原子催化剂制备方法，这将为电催化分解水反应的产业化提供巨大助力。附图说明图1为本专利技术实施例1中所得Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片的透射电子显微镜像；图2为本专利技术实施例1中所得Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片的X射线电子衍射图像；图3为本专利技术实施例1中阴极沉积所得Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂的扫描透射电子显微镜高角环形暗场像；图4为本专利技术实施例1中阳极沉积所得Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂的扫描透射电子显微镜高角环形暗场像；图5为本专利技术实施例1所得Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂电催化分解水反应的极化曲线及其与Co0.8Fe0.2Se2-NF纳米催化剂以及商用铂碳-二氧化铱组合催化剂的对比；图6为本专利技术实施例1所得Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2‑NF单原子催化剂，其特征在于，所述催化剂是由单分散Ir原子均匀地负载在Co0.8Fe0.2Se2‑NF二维纳米薄片表面构成，Co0.8Fe0.2Se2‑NF二维纳米薄片是Co0.8Fe0.2Se2纳米薄片负载于泡沫镍上的复合载体。

【技术特征摘要】
1.一种Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂，其特征在于，所述催化剂是由单分散Ir原子均匀地负载在Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片表面构成，Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片是Co0.8Fe0.2Se2纳米薄片负载于泡沫镍上的复合载体。2.根据权利要求1所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂，其特征在于，Ir原子与Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片的质量比为2-4:95-105。3.一种根据权利要求1或2所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括：在包含铱盐的电解质溶液中，采用三电极体系进行电化学沉积，以Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片作为工作电极，进行线性伏安扫描，使铱原子单分散、均匀地沉积到Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片上，得到所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂。4.根据权利要求3所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂的制备方法，其特征在于，所述铱盐为四氯化铱，且所述电解质溶液中还包含氢氧化钾，氢氧化钾和去离子水的质量体积比为56-57mg:0.8-1.2mL，氢氧化钾和四氯化铱的质量比为56-57:0.03-0.04。5.根据权利要求3或4所述Ir/Co0.8Fe0.2Se2-NF单原子催化剂的制备方法，其特征在于，制备所述Co0.8Fe0.2Se2-NF二维纳米薄片的方法包括：常温下将片状泡沫镍和摩尔体积比为3-4mmol:0.15-0.25mmol:9.5-10.5mmol:11.5-12.5mmol:15-25mL:150-200mL的氯化钴、氯化铁、氯化钠、六亚甲基四胺、乙醇、去离子水混合，搅拌均匀后在80-100℃下水解反应1.5-3h，再冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志荣，刘春晓，冯晨，周仕明，曾杰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34