一种层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子的制备方法及其产物和应用技术

本发明专利技术公开了一种层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子的制备方法及其产物和应用，属于包含金属氢氧化物的催化剂技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子的制备方法及其产物和应用


[0001]本专利技术涉及包含金属氢氧化物的催化剂
，一种层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子的制备方法及其产物和应用
。

技术介绍

[0002]电解水制氢是一种颇具潜力的新能源转换技术
。
电解水反应中阳极发生的氧析出反应
(OER)
涉及多个电子转移，是整个反应的主要瓶颈，
OER
反应需要
IrO2、RuO2等贵金属催化剂来降低较高的过电位
。
层状双金属氢氧化物
(LDH)
因独特的层状结构及其表面丰富的电化学活性中心被作为氧析出催化剂应用于电解水等领域
。
然而
LDH
作为电催化剂时存在自身的导电性较差
、
层状结构不稳定的技术问题，造成部分催化活性中心不被暴露
。
贵金属纳米粒子是电化学领域里常用的催化剂，但纳米粒子容易团聚，导致催化性能与循环稳定性降低
。
实现纳米粒子生长在
LDH
材料载体表面，就能既能减少
LDH
片层之间的聚合，提高材料的导电性，又能解决贵金属纳米粒子团聚问题，为催化剂材料提供更多的活性位点
。
[0003]大部分贵金属纳米粒子在载体表面的生长是采用高温条件下的水热反应或者使用硼氢化钠
、
氢气等还原剂进行还原
。
中国专利
CN107597141A
提供了一种钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料及其制备方法以及氨硼烷催化分解方法，该制备方法包括：
1)
将钴源
、2
‑
甲基咪唑
、
表面活性剂
、
水进行配位聚合反应以制得配位聚合物
ZIF
‑
67
；
2)
将配位聚合物
ZIF
‑
67、
镍源于有机溶剂中进行接触反应以制得
NiCo LDH
；
3)
将钯源
、NiCo LDH
分散于水中，接着将体系的
pH
调至
9.5
～
10.5
，然后进行水热反应以制得钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料
。
通过该方法制得的钯纳米粒子负载层状双氢氧化物的纳米复合材料适用于氨硼烷催化分解；同时，该制备方法步骤简单
、
条件温和可控且对环境友好
。
[0004]然而采用高温条件下的水热反应或者使用硼氢化钠
、
氢气等还原剂进行还原时，这些反应条件通常会破坏
LDH
的层状结构，减小材料比表面积
。
同时，从反应动力学角度分析，反应温度还会改变贵金属前驱体的成核速率和还原速率，影响贵金属纳米粒子的尺寸大小和均匀性
。
因此，如何合理设计并制备高性能的氧析出反应催化剂具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种流程简单
、
绿色环保的层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1、2
‑
甲基咪唑
、
硝酸钴在溶液环境与室温条件下进行反应，得到金属有机框架
ZIF
‑
67
；
[0007]S2、
在溶液环境与室温条件下，以硝酸盐对所述金属有机框架
ZIF
‑
67
进行刻蚀，得到层状双金属氢氧化物；
[0008]S3、
所述层状双金属氢氧化物
、
贵金属盐在溶液环境与室温条件下进行反应，得到
层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子
。
[0009]本专利技术的专利技术思路在于，利用比表面积大的
LDH
材料为载体，以层状结构表面的
Co(OH)2为还原剂，在室温下即可实现贵金属纳米粒子在其表面生长，既完整保存
LDH
载体的特有的层状结构，又通过贵金属纳米粒子的负载增强自身的导电性与催化活性
。
因此，能够解决现有电解水氧析出催化剂难以同时兼具较优的氧析出性能和稳定性的技术问题
。
[0010]优选的，所述
S1
的具体方法如下：分别将2‑
甲基咪唑
、
硝酸钴溶于醇类溶剂，将所得2‑
甲基咪唑醇溶液
、
硝酸钴醇溶液混合均匀并在室温条件下进行反应，反应后收集沉淀，沉淀经洗涤
、
离心
、
干燥，得到金属有机框架
ZIF
‑
67。
[0011]合成金属有机框架
ZIF
‑
67
的过程中采用醇类溶剂，控制全过程为无水条件，避免水中的质子
H
+
刻蚀
ZIF
‑
67
的多面体框架
。
现有技术中加入了水与表面活性剂，表面活性剂虽有助于形成稳定金属有机框架
。
但此类表面活性剂必须经过
600℃
以上的高温煅烧才能完全除去，否则会在金属有机框架表面形成一层保护层，掩蔽活性中心
。
[0012]进一步优选的，所述醇类溶剂为无水甲醇或无水乙醇
。
[0013]进一步优选的，所述2‑
甲基咪唑醇溶液中，2‑
甲基咪唑的浓度为
0.10
～
0.25mol/L。
[0014]进一步优选的，所述硝酸钴醇溶液中，硝酸钴的浓度为
0.10
～
0.25mol/L。
[0015]优选的，所述
S1
中，所述2‑
甲基咪唑和硝酸钴的摩尔比为2～8：
1。
[0016]优选的，所述
S1
中，所述反应的时间为
12
～
24h。
[0017]优选的，所述
S2
的具体方法如下：分别将所述金属有机框架
ZIF
‑
67、
硝酸盐溶于醇类溶剂，将所得
ZIF
‑
67
醇溶液
、
硝酸盐醇溶液混合均匀并得到混合液，随后加入去离子水，并在室温条件下进行刻蚀，刻蚀完成后经离心收集沉淀，沉淀经洗涤
、
干燥，得到层状双金属氢氧化物
。
[0018]进一步优选的，所述醇类溶剂为无水甲醇或无水乙醇
。
[0019]进一步优选的，所述
ZIF
‑
67
醇溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：
S1、2
‑
甲基咪唑
、
硝酸钴在溶液环境与室温条件下进行反应，得到金属有机框架
ZIF
‑
67
；
S2、
在溶液环境与室温条件下，以硝酸盐对所述金属有机框架
ZIF
‑
67
进行刻蚀，得到层状双金属氢氧化物；
S3、
所述层状双金属氢氧化物
、
贵金属盐在溶液环境与室温条件下进行反应，得到层状双金属氢氧化物负载贵金属纳米粒子
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S1
的具体方法如下：分别将2‑
甲基咪唑
、
硝酸钴溶于醇类溶剂，将所得2‑
甲基咪唑醇溶液
、
硝酸钴醇溶液混合均匀并在室温条件下进行反应，反应后收集沉淀，沉淀经洗涤
、
离心
、
干燥，得到金属有机框架
ZIF
‑
67。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述醇类溶剂为无水甲醇或无水乙醇；所述2‑
甲基咪唑醇溶液中，2‑
甲基咪唑的浓度为
0.10
～
0.25mol/L
；所述硝酸钴醇溶液中，硝酸钴的浓度为
0.10
～
0.25mol/L
；所述2‑
甲基咪唑和硝酸钴的摩尔比为2～8：1；所述反应的时间为
12
～
24h。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S2
的具体方法如下：分别将所述金属有机框架
ZIF
‑
67、
硝酸盐溶于醇类溶剂，将所得
ZIF
‑
67
醇溶液
、
硝酸盐醇溶液混合均匀并得到混合液，随后加入去离子水，并在室温条件下进行刻蚀，刻蚀完成后经离心收集沉淀，沉淀经洗涤
、
干燥，得到层状双金属氢氧化物
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述醇类溶剂为无水甲醇或无水乙醇；所述
ZIF
‑
67
醇溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：周林楠，尚付荷，苏晴，郑振华，
申请(专利权)人：黄冈师范学院，
类型：发明
国别省市：