一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法及其产品与应用技术

本发明专利技术公开了一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法及其产品与应用，属于无机化合物制备技术领域，包括以下步骤：将二十面体金纳米粒子负载于工作电极，然后通过电化学工作站三电极测试法在配有质子交换膜的H型电解槽中循环伏安测试，得到所述金氢化物。本发明专利技术还公开了上述方法制备得到的金氢化合物及其在催化电解水析氢中的应用。本发明专利技术可以实现常温常压下制备金氢化物，避免了常规利用高温高压合成过渡金属氢化物的复杂条件，也未使用有机合成方法，提高了金氢化合物的产率。并且，本发明专利技术提供的制备方法简单、绿色，可实现大规模制备，有利于工业化生产。有利于工业化生产。有利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法及其产品与应用


[0001]本专利技术属于无机化合物制备
，尤其涉及一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法及其产品与应用。

技术介绍

[0002]金属氢化物不仅是高温超导的理想研究对象，同时也是解决氢能存储和使用的理想候选者之一。块体金属氢化物已经有两个世纪的研究历史，最早关于金属氢化物的报道是1811年Gay
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LussacandThenard将金属钾与气态氢加热时合成了氢化钾。自1960年代，包含Mg、Ni在内的大量金属氢化物逐步被发现，值得注意的是：这些金属氢化物通常情况下是由金属与氢气在高温下反应直接制备的，例如Mg基金属氢化物。对于过渡金属氢化物来说，大部分过渡金属氢化物无法使用这种方法进行制备。虽然过渡金属氢化物中Pd是一个例外，Pd是唯一可以在常压下吸收氢气形成氢化物的贵金属，但是其他贵金属均无法常压下生成氢化物。随着高压科学的不断发展，很多常压下无法获得的金属氢化物可以利用高压方法得到，例如金属Ir一直被认为是无法形成氢化物的元素。但是利用高压配合激光加热的技术在55GPa压力，1000K左右的温度下得到IrH3，相对的常温下相同压力并不能得到Ir的氢化物。
[0003]金作为最惰性的金属，常温常压下是不与氢气反应形成体相氢化物。高温高压为金属氢化物的制备提供了有效的方法，但现有技术中仅仅公开了在约50kbar，400℃的严苛条件下成功合成金氢化物。对于其他方法，均集中于利用苯基膦、乙基醚等两种或两种以上配体的有机金属化合物为前驱物，利用有机合成方案制备金氢化学物的纳米团簇。然而，上述有机合成方法不利于环境的可持续发展，金属氢化物的产率也低。
[0004]因此，如何提供一种在温和条件下制备金属氢化物的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法及其产品与应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法，包括以下步骤：将二十面体金纳米粒子负载于玻碳工作电极，然后通过电化学工作站三电极测试法在配有质子交换膜的H型电解槽中循环伏安测试，得到所述金氢化物。
[0008]本专利技术中的五重孪晶二十面体金纳米粒子具有丰富的表面拉伸应变，拉伸应变可增强表面吸附物种的吸附能，在
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0.6～0.1V析氢测试电压范围内能优化*H中间体在金属表面上的形成能，有助于形成中间体(M
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H*)，进而利于金氢化物的形成。
[0009]优选的，所述二十面体金纳米粒子为前驱体，无表面包覆，且利用水相合成法制备得到。
[0010]本专利技术中使用的无表面包覆的二十面体金前驱体可避免表面吸附物种的影响，在以硫酸为电解质的电解水环境中避免了有机物的影响，有助于金氢化物的合成。
[0011]更为优选的，所述二十面体金纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
[0012](1)分别配置浓度为11mmol/L的氯金酸溶液和9mmol/L的柠檬酸钠溶液，置于0
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4℃的冰箱冷藏室降温半天，为实验制备做准备；
[0013](2)取5.3ml的步骤(1)所得氯金酸溶液和5.2ml步骤(1)所得柠檬酸钠溶液混合于20ml量程的烧杯中，于冰箱冷藏室内搅拌5分钟；
[0014](3)将以上混合溶液静置于冰箱冷藏室中，起初5h内没有颜色变化，5h后溶液的颜色由金黄色逐渐演变为黑色，随着静置时间加长，溶液颜色逐渐加深，每隔一段时间取出部分体积的混合溶液，利用低温离心机5804R保持1℃以10000转每分钟的转速离心，再将所得沉淀分散到去离子水和无水乙醇中多次离心洗样制得二十面体金纳米粒子。
[0015]本专利技术提供的制备方法简单、绿色，可实现大规模制备，且可以制备出尺寸均一的五重孪晶二十面体金纳米晶。这种形貌的金纳米晶具有丰富的孪晶界、表面应变等晶体缺陷，并且表面清洁，可以暴露出更多的活性位点，大大增加其理化性质。
[0016]优选的，所述负载包括以下步骤：将所述二十面体金纳米粒子的悬浊液滴于工作电极上，自然晾干后，即完成负载。该电极制备简单易行，利于商业化大规模制备。
[0017]优选的，称量0.197mg的二十面体金纳米粒子分散与1mL去离子水中(包含0.1mL的0.5％的Nafion溶液)，用量程为10μL的移液枪取4μL二十面体金纳米悬浊液滴加到直径为3mm的玻碳电极中央，待溶液自然挥发干燥后制得均匀包覆有二十面体金纳米晶的玻碳工作电极。
[0018]所述二十面体金纳米粒子的悬浊液浓度为1mmol/L，滴加量为4μL。
[0019]优选的，所述循环伏安测试电压为
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0.6～0.1V(相对于标准氢电极)。此电压测试范围恰好为电解水析氢的有效范围。既能监测催化剂的电解水析氢效果，又能有效制备金氢化物。
[0020]优选的，循环伏安测试次数为1
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10万次。此大范围的循环伏安测试次数不仅能成功制备金氢化物，同时能够测试金及金氢化物作为电极催化剂的稳定性。
[0021]本专利技术公开了一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法及其产品与应用，本专利技术可以实现常温常压下制备金氢化物，避免了常规利用高温高压合成过渡金属氢化物的复杂条件，也未使用有机合成方法，提高了金氢化合物的产率。并且，本专利技术提供的制备方法简单、绿色，可实现大规模制备，有利于工业化生产制备。此外，本专利技术所得金氢化合物相比原二十面体金纳米粒子在电解水析氢性能应用中表现更佳，如图5黑色和绿色曲线所示。
附图说明
[0022]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0023]图1是实施例1所得二十面体金的扫描电镜照片；
[0024]图2是实施例2所得金氢化合物的扫描电镜照片；
[0025]图3是实施例1所得二十面体金电极催化剂的同步辐射原位XRD衍射图；
[0026]图4是实施例2所得金氢化合物的同步辐射原位XRD衍射图；
[0027]图5是实施例2所得金氢化合物过程中的伏安曲线图；
[0028]图6为对比例1所得Turkevich金析氢测试过程的伏安曲线图。
具体实施方式
[0029]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，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0031]本专利技术中的原料均通过市售途径购买获得。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法，其特征在于，包括以下步骤：将二十面体金纳米粒子负载于玻碳工作电极，然后通过电化学工作站三电极测试法在配有质子交换膜的H型电解槽中循环伏安测试，得到所述金氢化物。2.根据权利要求1所述的一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法，其特征在于，所述二十面体金纳米粒子无表面包覆，且利用水相合成法制备得到。3.根据权利要求1所述的一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法，其特征在于，所述负载包括以下步骤：将所述二十面体金纳米粒子的悬浊液滴于玻碳工作电极上，自然晾干后，即完成负载。4.根据权利要求3所述的一种常温常压下制备金氢化物的电化学方法，其特征在于，所述二十面体金纳米粒子的悬浊液浓度为1mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐满，赵元，初斌华，赵风周，张立春，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：