一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于催化剂材料技术领域，尤其涉及一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用，所述方法为：以无定形氢氧化钴纳米片为前驱体，将其均匀分散于水溶剂A中，获得溶液A；向溶液A中加入铱源混合均匀，获得溶液B；将所述溶液B进行紫外光照射处理，使金属铱以单原子形式负载于所述无定形氢氧化钴纳米片上，获得混合物A；将所述混合物A固液分离后，获得固体组分A，对所述固体组分A依次进行洗涤处理、冷冻干燥处理，即获得所述铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片。本发明专利技术方法操作简单，反应条件温和，能大量合成，节能且节约成本，有利于推广使用。推广使用。推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及催化剂材料
，尤其涉及一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢气作为一种清洁和可再生的能源载体，有望成为化石燃料的替代品，为减少二氧化碳排放提供一种环境友好的解决方案。在众多制氢途径中，电催化水分解被认为是实现大规模制氢的可持续途径。然而，由于缓慢的动力学，电催化水分解的两个半反应之一的析氧反应被认为是限制电催化水分解效率的主要瓶颈。因此，迫切需要开发用于电催化水分解产氧的高活性电催化剂。
[0003]现有技术有研究指出，非晶态材料具有局部结构灵活性和丰富的配位不饱和位点，可以加速电荷转移，促进反应物的吸附和扩散。此外，铱是一种对电催化水分解产氧具有高催化活性的金属，但其稀缺性和高成本限制了广泛的商业应用。
[0004]为了解决上述技术问题，斯坦福大学YiCui等人报道提出了一种用于电催化水分解产氧的材料，其首先将Ni9Fe氢氧化物(Ni9FeOOH)和0.1mg/mL的IrCl3(H2O)3分散在水中，然后在黑暗条件下，用液氮迅速将上述混合溶液冷冻为冰块。随后，将冷冻的冰块放在冷却台上并暴露在紫外光照射下，在零下35℃保持1小时，形成单原子铱分散在Ni9FeOOH基底上。然而，该催化剂材料的合成条件苛刻，需要液氮进行预先冷冻，且整个紫外光照过程需要保持低温(
‑
35℃)进行操作，提高了成本，不利于推广使用。
[0005]为此，本专利技术提供一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用。
[0007]本专利技术的一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的第一个目的是提供一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1，以无定形氢氧化钴纳米片为前驱体，将其均匀分散于水溶剂A中，获得溶液A；
[0010]步骤2，向溶液A中加入铱源混合均匀，获得溶液B；
[0011]步骤3，将所述溶液B进行紫外光照射处理，使金属铱以单原子形式负载于所述无定形氢氧化钴纳米片上，获得混合物A；
[0012]步骤4，将所述混合物A固液分离后，获得固体组分A，对所述固体组分A依次进行洗涤处理、冷冻干燥处理，即获得所述铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片。
[0013]进一步地，所述无定形氢氧化钴纳米片与所述水溶剂A的用量比为0.8～1.2mg:
1mL。
[0014]进一步地，所述铱源为氯化铱。
[0015]进一步地，所述铱源与所述溶液A中无定形氢氧化钴纳米片的用量比为0.005～0.03mmol:50mg。
[0016]进一步地，所述紫外光照射处理的时间为0.5～1.5h。
[0017]进一步地，所述无定形氢氧化钴纳米片通过以下步骤制得：
[0018]S1、将钴盐均匀分散于水溶剂B中，随后加入NaBH4混合均匀，获得混合物B；
[0019]S2、将所述混合物B固液分离，获得固体组分B，将所述固体组分B洗涤后冷冻干燥，即获得所述无定形氢氧化钴纳米片。
[0020]进一步地，所述钴盐为氯化钴或硝酸钴。
[0021]进一步地，所述钴盐与所述水溶剂B的用量比为0.8～1.2mmol:100mL；
[0022]所述NaBH4与所述钴盐的摩尔比为3～5:1。
[0023]本专利技术的第二个目的是提供一种上述制备方法制备的铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片，所述铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片包括无定形的氢氧化钴纳米片，以及所述无定形的氢氧化钴纳米片上的铱单原子。
[0024]本专利技术的第三个目的是提供一种上述铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片在用于电催化水分解产氧催化剂中的应用。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0026]本专利技术以无定形氢氧化钴纳米片为载体，以铱为负载材料，通过简易光沉积的方法，将铱以单原子的形式均匀负载于无定形氢氧化钴纳米片的表面上，获得由超薄无定形氢氧化钴纳米片和修饰在该纳米片上的铱单原子组成的复合材料，即铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片。本专利技术方法操作简单，反应条件温和，制备方法可控且效率高，能大量合成，节能且节约成本，有利于推广使用。
[0027]本专利技术制备的铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片呈现卷曲纳米片的形貌，有利于活性位点的暴露；且本专利技术制备的铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片中，无定形氢氧化钴纳米片具有局部结构灵活性和丰富的配位不饱和位点的优势，可以加速电荷转移，进而能够为铱原子提供丰富的锚定位点，为电荷转移提供了良好的基础。且其中，铱仅以单原子的形式存在于氢氧化钴纳米片的表面，铱既不会形成团簇或者颗粒，也不掺入氢氧化钴纳米片的内部深处，从而提高了铱原子的暴露比例，增加了活性位点数量，进而使金属铱的利用率提高。
[0028]将本专利技术制备的铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片作为催化剂使用时，在保持高的电催化水分解产生氧气的性能前提下，能够提高电催化水分解产氧的过程中的活性金属铱的利用率，进而提供催化效率。且其作为用于电催化水分解产氧的催化剂时，能够高效催化电催化水分解产氧析氧反应，与商用催化剂相比，相同电流密度下具有更低的过电位。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1
‑
实施例4、对比例2的材料的XRD图谱；
[0030]图2为本专利技术实施例3的材料的TEM图像；
[0031]图3为本专利技术实施例3的材料的高角环形暗场像
‑
扫描透射电子显微镜(HAADF
‑
STEM)图像；
[0032]图4为本专利技术实施例3的材料的能谱图像；
[0033]图5为本专利技术实施例1
‑
4、对比例1和对比例2的材料作为电催化水分解产氧阳极催化剂时的极化曲线图谱。
具体实施方式
[0034]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0035]本专利技术提供一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片，其制备方法如下：
[0036]步骤1，以无定形氢氧化钴纳米片为前驱体，将其均匀分散于水溶剂A中，获得溶液A；
[0037]需要说明的是，本专利技术不限制无定形氢氧化钴纳米片在水溶剂A中的具体分散方式，只要能够使无定形氢氧化钴纳米片在水溶剂A中均匀分散，形成组分均匀的溶液A即可，且其中无定形氢氧化钴纳米片与水溶剂A的用量比为0.8～1.2mg:1mL。
[0038]本专利技术为了提高材料的催化性能，优选的以无定形氢氧化钴纳米片为前驱体，通过无定形材料具有局部结构柔性和丰富的配位不饱和位点，加速电荷转移，促进反应物的吸附和扩散，从而有利于电催化反应的进行。且本专利技术优选的采用以下步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，以无定形氢氧化钴纳米片为前驱体，将其均匀分散于水溶剂A中，获得溶液A；步骤2，向溶液A中加入铱源混合均匀，获得溶液B；步骤3，将所述溶液B进行紫外光照射处理，使金属铱以单原子形式负载于所述无定形氢氧化钴纳米片上，获得混合物A；步骤4，将所述混合物A固液分离后，获得固体组分A，对所述固体组分A依次进行洗涤处理、冷冻干燥处理，即获得所述铱单原子修饰的氢氧化钴纳米片。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无定形氢氧化钴纳米片与所述水溶剂A的用量比为0.8～1.2mg:1mL。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铱源为氯化铱。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铱源与所述溶液A中无定形氢氧化钴纳米片的用量比为0.005～0.03mmol:50mg。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述紫外光照射处...

【专利技术属性】
技术研发人员：张友魁，高叶丽，罗兆涵，曾俊博，蒲玉娟，段涛，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：