本发明专利技术提供了一种贵金属‑过渡金属氧化物复合材料及其制备方法和应用，本发明专利技术制备得到的贵金属‑过渡金属氧化物复合材料在电解水时，过渡金属氧化物表面分散有贵金属，其可以为复合材料提供有效活性位点，并进行催化反应，同时，过渡金属氧化物对表面贵金属有电子效应，进一步提高表面贵金属的反应活性。分散在过渡金属氧化物表面上的贵金属纳米团簇颗粒直径小于1nm，过渡金属氧化物呈现纳米片或纳米颗粒结构。本发明专利技术的贵金属‑过渡金属氧化物复合材料具有更低的过电位，以及更高的稳定性；本发明专利技术的贵金属‑过渡金属氧化物复合材料成功地保持了贵金属活性，并极大降低了贵金属使用量，是一种非常具有应用前景的电解水材料。
A Noble Metal-Transition Metal Oxide Composite and Its Preparation Method and Application
【技术实现步骤摘要】
一种贵金属-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种贵金属-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法和应用，属于电化学和材料合成
技术介绍
随着世界经济发展，能源需求日益增加。传统燃料如煤、石油、天然气资源储量非常有限，其利用也带来了严重的环境问题。因此，发展环境友好的新型高效能源迫在眉睫。在众多新能源中，氢能是一种资源极为丰富、高能、无任何二次污染的高效能源，是目前解决能源和环境危机的理想能源之一。在各种制氢途径中，电解水制氢过程可利用太阳能、风能或潮汐能等，具有较强的适用性。同时，电解水析出的氢气纯度高，特别适用于燃料电池领域中，而燃料电池的能量转换效率高于80％，相对而言，内燃机只有30％的转换效率。因而电解水制氢可有效实现了资源可持续循环利用。电解水制氢涉及到两极反应主要是阴极为水还原析氢反应，阳极为水氧化析氧反应。目前，在阴极和阳极上活性最高的材料仍为贵金属Pt和Ir催化剂，其他催化剂析氢和析氧过电位依然很大，导致电解水效率较低。但是，世界上贵金属Pt和Ir的储量极少、价格昂贵，目前状态仍无法满足大规模电解需求。因此，如何在降低贵金属材料的用量，保持一定的电解活性及稳定性是目前电解水领域的核心方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服电解水中贵金属材料居高不下的用量问题，提供了一种贵金属-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料是利用过渡金属氧化物的吸附性能，制备出具有超低贵金属负载量，且具有较高的电解水活性和稳定性的贵金属-过渡金属复合材料。本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种贵金属-过渡金属氧化物复合材料，所述复合材料的分子式为M1-M2Ox，其中，M1为Pt或Ir，M2为Ni、Co、Fe、CoNi、FeNi、FeCo中的至少一种，2.5≥x＞0。根据本专利技术，所述贵金属分布于过渡金属氧化物表面。根据本专利技术，所述贵金属呈纳米颗粒状分布于过渡金属氧化物表面。根据本专利技术，所述贵金属的粒径小于等于1nm，例如为0.8nm、0.75nm、0.5nm、0.2nm。根据本专利技术，所述过渡金属氧化物的三维尺寸中至少一维尺寸在50nm～2μm之间。优选地，所述过渡金属氧化物的三维尺寸在50nm～2μm之间。根据本专利技术，所述过渡金属氧化物呈现纳米片或纳米颗粒结构。根据本专利技术，所述复合材料中贵金属的负载量为复合材料的0.5-3wt.％，例如为0.5wt.％、1wt.％、1.5wt.％、2wt.％、2.5wt.％、3wt.％。本专利技术还提供上述贵金属-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)分别配制过渡金属氧化物的分散液和贵金属盐溶液；2)将步骤1)的过渡金属氧化物的分散液和贵金属盐溶液混合，过滤，制备得到复合材料前驱体；3)将步骤2)的复合材料前驱体置于管式炉中，进行还原处理，制备得到所述贵金属-过渡金属氧化物复合材料。根据本专利技术，所述过渡金属氧化物制备方法包括如下步骤：1-1)将M2盐溶于去离子水中，通氩气除去溶液中的溶解氧(通氩气时间优选为1.5-3小时)，同时将溶液冷却到-5～5℃(例如为0℃)，制备得到过渡金属盐溶液；1-2)将硼氢化物与氢氧化物混合，加入到预先去除溶解氧的去离子水中；1-3)在搅拌状态下，将步骤1-2)的溶液缓慢滴入到步骤1-1)的金属盐溶液中，进行还原反应；1-4)过滤步骤1-3)的还原产物，用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，制备得到金属氧化物。根据本专利技术，步骤1-1)中，所述的M2盐的浓度为0.1～0.5mol/L，如0.25mol/L。根据本专利技术，步骤1-1)中，所述的M2盐选自钴盐、镍盐和铁盐，优选为钴盐、镍盐和铁盐的氯化盐、乙酸盐、硫酸盐或硝酸盐。根据本专利技术，步骤1-2)中，所述硼氢化物与氢氧化物的质量比为2～10:1，如5.7:1。根据本专利技术，步骤1-2)中，所述硼氢化物的浓度为0.05～0.1g/mL，如0.075g/mL。根据本专利技术，步骤1-2)中，所述硼氢化物选自硼氢化钠或硼氢化钾；所述氢氧化物选自氢氧化钠或氢氧化钾。根据本专利技术，步骤1-2)中，将得到的溶液冷却至-5～5℃(例如为0℃)。根据本专利技术，步骤1-3)中，所述的还原反应的时间为0.5-2h，例如为1h，所述的还原反应的温度为-5～5℃，例如为0℃。根据本专利技术，步骤1-4)中，制备得到的过渡金属氧化物于丙酮中保存备用。根据本专利技术，所述过渡金属氧化物分散液的制备方法包括如下步骤：1-5)取干燥后的过渡金属氧化物，分散到去离子水中，制备得到浓度为0.5-3mg/mL(如1mg/mL)的金属氧化物分散液。根据本专利技术，步骤2)中，所述过渡金属氧化物和贵金属的质量比为100:(0.1-5)，如100:1、100:2、100:4。根据本专利技术，步骤2)中，所述复合材料前驱体还包括洗涤步骤，优选采用乙醇洗涤数次。根据本专利技术，步骤3)中，所述还原处理优选在通入氩氢混合气的条件下进行。根据本专利技术，步骤3)中，所述还原处理的温度为200-350℃，还原处理的时间为2-6h，例如为4h；所述还原处理的升温速率为1-10℃/min，例如为5℃/min。优选地，所述氩氢混合气的组成为，80-95vol.％的氩气和5-20vol.％的氢气，例如为90vol.％的氩气和10vol.％的氢气。根据本专利技术，步骤3)中，所述还原处理前管式炉进行混合气清洗3次。本专利技术还提供上述贵金属-过渡金属氧化物复合材料的用途，其用于电解水制氢、燃料电池、金属空气电池等领域中。本专利技术的有益效果：1.本专利技术提供了一种贵金属-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法和应用，本专利技术制备得到的贵金属-过渡金属氧化物复合材料在电解水时，过渡金属氧化物表面分散有贵金属，其可以为复合材料提供有效活性位点，并进行催化反应，同时，过渡金属氧化物对表面贵金属有电子效应，进一步提高表面贵金属的反应活性。分散在过渡金属氧化物表面上的贵金属纳米团簇颗粒直径小于1nm，过渡金属氧化物呈现纳米片或纳米颗粒结构。2.本专利技术制备得到的贵金属-过渡金属氧化物复合材料同商业化Pt/C和铱黑催化材料相比，本专利技术的复合材料具有如下结构特点和性能优点：(1)商业贵金属催化材料制备时需要预处理碳，相比较，过渡金属氧化物合成简单，只需要常规的低温搅拌装置就可以实现；一步反应就可实现制备，整个过程工艺简单，周期短，效率高，可规模化生产；(2)本专利技术的贵金属-过渡金属氧化物复合材料成份上的优点在于贵金属的使用量仅为商业贵金属材料的5％，极大地降低了材料合成成本；(3)本专利技术的贵金属-过渡金属氧化物复合材料具有更低的过电位，以及更高的稳定性；(4)本专利技术的贵金属-过渡金属氧化物复合材料成功地保持了贵金属活性，并极大降低了贵金属使用量，是一种非常具有应用前景的电解水材料。附图说明图1为实施例1制备得到的Ir@CoO复合材料的TEM图及EDS面扫图。图2为实施例1制备得到的Ir@CoO复合材料与商业铱黑的活性比较图。图3为实施例1制备得到的Ir@CoO复合材料与商业铱黑的稳定性比较图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。此外，应理解，在阅读了本专利技术所公开的内容之后，本领域技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种贵金属‑过渡金属氧化物复合材料，其特征在于，所述复合材料的分子式为M
【技术特征摘要】
1.一种贵金属-过渡金属氧化物复合材料，其特征在于，所述复合材料的分子式为M1-M2Ox，其中，M1为Pt或Ir，M2为Ni、Co、Fe、CoNi、FeNi、FeCo中的至少一种，2.5≥x＞0。2.根据权利要求1所述的贵金属-过渡金属氧化物复合材料，其特征在于，所述贵金属分布于过渡金属氧化物表面。优选地，所述贵金属呈纳米颗粒状分布于过渡金属氧化物表面。优选地，所述贵金属的粒径小于等于1nm，例如为0.8nm、0.75nm、0.5nm、0.2nm。3.根据权利要求1或2所述的贵金属-过渡金属氧化物复合材料，其特征在于，所述过渡金属氧化物的三维尺寸中至少一维尺寸在50nm～2μm之间。优选地，所述过渡金属氧化物的三维尺寸在50nm～2μm之间。优选地，所述过渡金属氧化物呈现纳米片或纳米颗粒结构。优选地，所述复合材料中贵金属的负载量为复合材料的0.5-3wt.％，例如为0.5wt.％、1wt.％、1.5wt.％、2wt.％、2.5wt.％、3wt.％。4.权利要求1-3中任一项所述的贵金属-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)分别配制过渡金属氧化物的分散液和贵金属盐溶液；2)将步骤1)的过渡金属氧化物的分散液和贵金属盐溶液混合，过滤，制备得到复合材料前驱体；3)将步骤2)的复合材料前驱体置于管式炉中，进行还原处理，制备得到所述贵金属-过渡金属氧化物复合材料。5.根据权利要求4所述的贵金属-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物制备方法包括如下步骤：1-1)将M2盐溶于去离子水中，通氩气除去溶液中的溶解氧(通氩气时间优选为1.5-3小时)，同时将溶液冷却到-5～5℃(例如为0℃)，制备得到过渡金属盐溶液；1-2)将硼氢化物与氢氧化物混合，加入到预先去除溶解氧的去离子水中；1-3)在搅拌状态下，将步骤1-2)的溶液缓慢滴入到步骤1-1)的金属盐溶液中，进行还原反应；1-4)过滤步骤1-3)的还原产物，用去离子水洗涤3次，再用无水乙醇洗涤3次，制备得到金属氧化物。6.根据权利要求4或5所述的贵金属-过渡金属氧化物复合材料的制备方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄艺吟，王要兵，吴茂祥，
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
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