催化剂组合物、用于形成所述催化剂组合物的方法及其用途技术

本公开的各方面一般涉及催化剂组合物、用于制备此类催化剂组合物的方法以及此类催化剂组合物的用途。在一个实施方案中，提供了一种组合物。该组合物包含电解质材料或其离子、两亲性材料或其离子，以及金属组分，该金属组分包含具有式(M1)

【技术实现步骤摘要】
催化剂组合物、用于形成所述催化剂组合物的方法及其用途
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利申请要求2021年6月23日提交的美国临时专利申请63/213,917 的权益，该文献全文以引用方式并入本文。


[0003]本公开的各方面一般涉及催化剂组合物，用于制备此类催化剂组合物 的方法，以及此类催化剂组合物在例如用于制备转化产物的装置和方法中 的用途。

技术介绍

[0004]各种金属催化剂用于可再生能源技术，如电化学水裂解和二氧化碳 (CO2)还原反应中。贵金属如铂是用于此类反应的最常用金属催化剂。然 而，贵金属的高成本限制了其广泛采用。已经努力用丰富的金属(如铜和 镍)以及过渡金属二硫属化物(TMD)替换或减少这些贵金属的量。然 而，因为例如Cu
‑
Ni纳米颗粒或TMD的效率低，所以在电化学氧还原反 应、析氢反应、和其他催化剂应用中使用它们仍是一项挑战。出于这个原 因等，由相对丰富的金属制成的催化剂并不代表基于贵金属的催化剂的可 行替代物。
[0005]需要克服前述缺陷的新催化剂组合物。

技术实现思路

[0006]本公开的各方面一般涉及催化剂组合物，用于制备此类催化剂组合物 的方法，以及此类催化剂组合物在例如用于制备转化产物的装置和方法中 的用途。
[0007]在一个实施方案中，提供了一种组合物。该组合物包含电解质材料或 其离子、两亲性材料或其离子，以及金属组分，该金属组分包含具有式(M1)
a
(M2)
b
>的合金，其中M1为元素周期表的第10
‑
11族金属，M2为元素周 期表的第一第8
‑
11族金属，M1和M2不同，并且a和b为正数。
[0008]在另一实施方案中，提供了一种装置。该装置包含电解质材料或其离 子、两亲性材料或其离子以及设置在电极上的金属组分，该金属组分包括 双金属纳米框架、三金属纳米框架或它们的组合。
[0009]在另一实施方案中，提供了一种用于将水转化成转化产物的方法。方 法包括将电解质材料和两亲性材料与金属组分一起引入以形成包含催化剂 组合物的混合物，该金属组分包含第10
‑
11族金属和至少一种第8
‑
11族金 属；以及向催化剂组合物施加电压以形成转化产物。
附图说明
[0010]专利或申请文件包含至少一个彩色附图。具有彩色附图的本专利或专 利申请公布的副本将在请求和支付必要费用后由办公室提供。
[0011]为了使得本公开的上述特征的方式能够被详细理解，可通过参考各个 方面来对
上文简要概述的本公开进行更具体描述，该方面中的一些如附图 中所示。然而，应当注意，附图仅示出了示例性方面，因此不应被认为是 对其范围的限制，因为本公开可允许其他同样有效的方面。
[0012]图1A是根据本公开的至少一个方面的纳米晶体的非限制性图示。
[0013]图1B是根据本公开的至少一个方面的中空纳米晶体的非限制性图示。
[0014]图1C是根据本公开的至少一个方面的示例性纳米晶体的示例性低分辨 率透射电子显微镜(LRTEM)。
[0015]图1D是根据本公开的至少一个方面的示例性中空纳米框架的示例性 LRTEM图像。
[0016]图1E是根据本公开的至少一个方面的用于形成金属纳米框架的示例性 反应图。
[0017]图2A是根据本公开的至少一个方面的用于形成双金属结构的示例性 反应图。
[0018]图2B是根据本公开的至少一个方面的用于形成第8
‑
11族金属络合物 的示例性反应图。
[0019]图3A是示出根据本公开的至少一个方面用于制备双金属结构的示例 性方法的选定操作的流程图。
[0020]图3B是示出根据本公开的至少一个方面用于制备双金属结构的示例性 方法的选定操作的流程图。
[0021]图4是根据本公开的至少一个方面用于形成三金属结构的示例性反应 图。
[0022]图5A是示出根据本公开的至少一个方面用于制备三金属结构的示例 性方法的选定操作的流程图。
[0023]图5B是示出根据本公开的至少一个方面用于制备双金属结构的示例性 方法的选定操作的流程图。
[0024]图6是根据本公开的至少一个方面用于执行析氢反应(HER)的示例 性装置的侧视图。
[0025]图7是根据本公开的至少一个方面用于执行HER的示例性装置700的 图示。
[0026]图8A是根据本公开的至少一个方面由Cu
‑
Ni菱形十二面体纳米颗粒演 化的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒的示例性扫描电子显微镜(SEM)图 像。
[0027]图8B是根据本公开的至少一个方面由Cu
‑
Ni菱形十二面体纳米颗粒演 化的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒的示例性高角度环形暗场扫描透射电 子显微镜(HAADF
‑
STEM)图像。
[0028]图8C是示出图8B中成像的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒的Cu、 Ni和Pt部分的示例性EDS映射图像。
[0029]图8D是示出图8B中成像的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒的Cu部 分的示例性EDS映射图像。
[0030]图8E是示出图8B中成像的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒的Ni部 分的示例性EDS映射图像。
[0031]图8F是示出图8B中成像的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒的Pt部分 的示例性EDS映射图像。
[0032]图9是根据本公开的至少一个方面的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒 的示例性能量色散X射线(EDX)光谱。
[0033]图10是根据本公开的至少一个方面的示例性Cu
‑
Ni
‑
Pt多面体纳米颗粒 和示例性Cu
‑
Ni菱形六方十二面体纳米颗粒的示例性X射线衍射(XRD) 图案。
具体实施方式
[0034]本公开的各方面一般涉及催化剂组合物，用于制备此类催化剂组合物 的方法，以及此类催化剂组合物在例如用于制备转化产物的装置和方法中 的用途。专利技术人已经发现了例如不含贵金属或具有降低的贵金属含量，并 且示出比常规组合物增强的电催化活性的催化剂组合物。在一些示例中， 催化剂组合物包括金属结构，如纳米框架和/或至少部分中空的结构，其中 两者均相对于结晶纳米颗粒具有高缺陷数目。催化剂组合物还包括电解质 材料和分子介体材料(例如，在溶液中带电的两亲性材料/化合物)。电解 质材料和分子介体材料促进金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合物，包含：电解质材料或其离子；两亲性材料或其离子；和金属组分，所述金属组分包含具有下式的合金：(M1)
a
(M2)
b
，其中：M1为元素周期表的第10
‑
11族金属，M2为元素周期表的第一第8
‑
11族金属，M1和M2不同，并且a和b是正数。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述合金还包含不同于M1和M2的第二第8
‑
11族金属。3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述金属组分的至少一部分呈如由HAADF
‑
STEM所确定的纳米框架的形式。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述金属组分具有如通过TEM所测量的约10nm至约400nm的平均粒度。5.根据权利要求1所述的组合物，其中：所述第一第8
‑
11族金属包括：Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag或Au；第10
‑
11族金属包括：Ni、Pd、Pt、Cu、Ag或Au；第二第8
‑
11族金属，如果存在，则包括：Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag或Au；或者或它们的组合。6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述第一第8
‑
11族金属包括Ni或Cu。7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述电解质材料包括酸或其离子。8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述酸具有约3或更小的pKa。9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述电解质材料包括H2SO4、HNO3、H3PO4、HCl、HI、HBr或它们的组合。10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述两亲性材料具有下式：X
–
Y
–
Z
+
、X
–
Y
–
、或它们的组合，其中：X包括未取代的烃基、取代的烃基、未取代的烯基、取代的烯基、未取代的芳基或取代的芳基；Y
–
包括包括其中“*”表示X；并且Z
+
，如果存在，包括Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Al、或它们的组合。
11.一种装置，包括：电解质材料或其离子；两亲性材料或其离子；和设置在电极上的金属组分，所述金属组分包括双金属纳米框架、三金属纳米框架或它们的组合。12.根据权利要求11所述的装置，其中所述双金属纳米框架具有下式：(M1)
a
(M2)
b
，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿韦季克，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：