一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种Ir
‑
Mn基复合催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备及电催化
，具体地，本专利技术涉及一种
Ir
‑
Mn
基复合催化剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，氢能被认为是替代常规化石能源的最重要的清洁能源之一
。
作为氢能的直接和经济来源，水的分解过程涉及两个不同机理的半反应，即阴极析氢反应
(HER)
和阳极析氧反应
(OER)
，已成为可再生能源领域研究的重点
。
尽管在开发新型的
HER
和
OER
工艺方面取得了很大进展，但由于溶解和再沉积问题，实现催化剂与阳极和阴极的兼容性仍然是相当具有挑战性的，这可能会影响催化剂的整体裂水性能
。
目前，贵金属基电极
(
如铂阴极和
Ru/Ir
氧化物电极
)
由于其良好的关键中间体结合能而具有较高的
HER
和
OER
活性
。
然而，含有贵金属的催化剂的广泛应用受到地壳储量稀缺带来的高成本问题的限制
。
[0003]因此，开发低贵金属含量的通用催化剂具有重要的现实意义
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一
。
为此，本专利技术实施例提出了一种
Ir
‑
Mn
基复合催化剂及其制备方法和应用
。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提出了一种
Ir
‑
Mn
基复合催化剂，所述
Ir
‑
Mn
基复合催化剂包括：基底和沉积在所述基底上的锰原子和铱原子；其中，所述基底为聚六苯并蔻网络材料
。
[0006]聚六苯并蔻网络材料为一种非晶碳材料，本专利技术实施例通过以聚六苯并蔻网络材料为基底，在基底上沉积锰原子和铱原子，其中，聚六苯并蔻网络材料上的
C
原子可以从
Ir
原子处获得额外的电子，而掺入的
Mn
原子可以优化
Ir
原子的电荷结构，形成
C
‑
Ir
‑
Mn
的强相互作用，这种相互作用进一步提高了
Ir
的电荷密度，使得所制得的
Ir
‑
Mn
基复合催化剂具有优异的电催化性能；且通过掺杂
Mn
原子，还可以减少贵金属
Ir
的使用量，降低生产成本，为设计高性能
、
高稳定性且价格低廉的新一代商用催化剂提供了指导
。
[0007]在一些实施例中，所述聚六苯并蔻网络材料具有六边形多孔结构
。
[0008]在一些实施例中，所述聚六苯并蔻网络材料由包括如下步骤的方法制备得到：
[0009]S1
，将六
(4
‑
溴苯基
)
苯干燥后与
2,2
‑
联吡啶溶于脱水
N,N
‑
二甲基甲酰胺中，再加入双
(1,5
‑
环辛二烯
)
镍
(0)
和
1,5
‑
环辛二烯，加热反应；反应结束后，再向混合液中加入浓盐酸，过滤得到残渣，依次用甲醇
、
四氢呋喃和水对残渣进行洗涤，真空干燥后得到中间体；
[0010]S2
，向所述中间体中加入二氯甲烷和氯化铁溶液，搅拌反应后，加入甲醇进行过滤，然后再依次采用甲醇和四氢呋喃对滤渣进行洗涤
、
干燥；再将滤渣与硝酸混合进行超声处理，之后水洗直至混合液呈中性；
[0011]S3
，对水洗后的混合液进行过滤
、
减压干燥，获得所述聚六苯并蔻网络材料
。
[0012]在一些实施例中，所述步骤
S1
中，所述加热反应是在黑暗环境中进行，所述加热反
应的温度为
80
～
90℃
，反应时间为
90
～
100h。
[0013]在一些实施例中，所述步骤
S2
中，所述搅拌反应的温度为室温，搅拌反应的时间为
20
～
30h
；所述超声处理的时间为1～
5h。
[0014]第二方面，本专利技术实施例还提出了上述
Ir
‑
Mn
基复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：将锰源
、
铱源与聚六苯并蔻网络材料研磨混合后，进行加热反应，得到所述
Ir
‑
Mn
基复合催化剂
。
[0015]本专利技术实施例通过采用原子层沉积的方法，在聚六苯并蔻网络材料成功沉积了
Mn
原子和
Ir
原子，实现了
Mn
和
Ir
在原子水平上分散在聚六苯并蔻网络材料上，形成多原子结构；且该制备方法工艺简单，易操作，重复性好，适合于大规模工业化生产
。
[0016]在一些实施例中，所述加热反应是在惰性气体氛围下进行的，所述惰性气体包括氩气
、
氮气
、
氦气中的至少一种；
[0017]进一步地，所述加热反应的反应温度为
250
～
350℃
，反应时间为5～
10h。
[0018]在一些实施例中，所述锰源
、
所述铱源与所述聚六苯并蔻网络材料的质量比为
(1
～
3)
：
(1
～
3)
：
(10
～
15)。
[0019]在一些实施例中，所述锰源为五羰基溴化锰；所述铱源为三羰基氯化铱
。
[0020]第三方面，本专利技术实施例还提出了上述
Ir
‑
Mn
基复合催化剂在析氧反应和析氢反应中的应用
。
当
Ir
‑
Mn
基复合催化剂用于析氧反应和析氢反应时，不仅表现出高的
OER
活性和
HER
活性，且还具有优异的耐久性，在氢能研究领域具有巨大的应用潜力
。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例
Ir
‑
Mn
基复合催化剂的结构示意图
。
[0022]图2为本专利技术实施例1制得的
Ir
‑
Mn
基复合催化剂的元素分布图...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
Ir
‑
Mn
基复合催化剂，其特征在于，所述
Ir
‑
Mn
基复合催化剂包括：基底和沉积在所述基底上的锰原子和铱原子；其中，所述基底为聚六苯并蔻网络材料
。2.
根据权利要求1所述的
Ir
‑
Mn
基复合催化剂，其特征在于，所述聚六苯并蔻网络材料具有六边形多孔结构
。3.
根据权利要求2所述的
Ir
‑
Mn
基复合催化剂，其特征在于，所述聚六苯并蔻网络材料由包括如下步骤的方法制备得到：
S1
，将六
(4
‑
溴苯基
)
苯干燥后与
2,2
‑
联吡啶溶于脱水
N,N
‑
二甲基甲酰胺中，再加入双
(1,5
‑
环辛二烯
)
镍
(0)
和
1,5
‑
环辛二烯，加热反应；反应结束后，再向混合液中加入浓盐酸，过滤得到残渣，依次用甲醇
、
四氢呋喃和水对残渣进行洗涤，真空干燥后得到中间体；
S2
，向所述中间体中加入二氯甲烷和氯化铁溶液，搅拌反应后，加入甲醇进行过滤，然后再依次采用甲醇和四氢呋喃对滤渣进行洗涤
、
干燥；再将滤渣与硝酸混合进行超声处理，之后水洗直至混合液呈中性；
S3
，对水洗后的混合液进行过滤
、
减压干燥，获得所述聚六苯并蔻网络材料
。4.
根据权利要求3所述的
Ir
‑
Mn
基复合催化剂，其特征在于，所述步骤
S1
中，所述加热反应是在黑暗环境中进行，所述加热反应的温度为

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇宙，王腾，刘春香，李泽旭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：