【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料的可控合成的技术及质子交换膜电解水领域，所述催化剂具体应用于pem电解水阴阳极的催化材料领域，具体涉及一种irni合金纳米笼全解水催化剂、制备方法和应用，特别是一种能显著加速全解水两极反应速率，有着低贵金属载量的纳米材料的制备。
技术介绍
1、随着环境问题与能源问题的日渐突出，氢能作为一种清洁可再生的新能源被普遍认为有着广阔的发展前景。目前炼油加氢，合成氨/甲醇，氢燃料电池，氢气冶金中对氢气都有着较大的需求，有必要大力发展绿色制氢的技术。电解水是一种清洁，高效，灵活性强的制氢方法，其能够将电能转化为化学能存储起来，特别适配于一些输出不够稳定，难以并网的可再生能源发电的技术。质子交换膜电解池具有高响应，高转化效率以及高电流密度等优势，是电解水
的研究热点。
2、电解池中，产氧一极的效率是限制总反应速率的主要原因，而阳极材料非常依赖于铱基，钌基材料的使用，使得其目前成本要高于普通的碱性池。因而，如何有效提升ir的活性以及利用率以开发高效廉价的酸性oer催化剂受到广泛关注。在目前的研究中，许多研究致力于将ir与过渡金属形成ir-m合金结构(m为过渡金属，fe，co，ni，zn等)，尤其是irni的合金被研究的较多。一方面，过渡金属原子能够调节ir的电子结构与几何结构，从而实现高反应活性；另一方面，过渡金属原子部分取代ir原子，能够减少ir的用量。传统的形成合金的方法往往都是将各个金属盐的前驱体混合热解，产物形貌结构难以调控。大量研究表明一些新型结构如核壳结构，空心结构，纳米笼，纳米片等结构有着高
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种irni合金纳米笼全解水催化剂、制备方法和应用。所述制备方法制备的催化剂为一种具有高结晶性纳米笼结构的合金催化剂，以期实现高催化活性与良好稳定性的质子交换膜电解水催化剂的可靠开发。
2、为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种irni合金纳米笼全解水催化剂的制备方法，包括：
3、将碳化镍纳米颗粒与二苯醚混合均匀，得到均匀分散液；
4、向分散液一中加入铱盐的有机胺溶液。
5、在惰性气氛，搅拌条件下，将上述碳化镍分散液与铱-有机胺溶液加热升温至220℃，恒温反应，得到固液混合物。
6、对所述固液混合物进行固液分离，得到固体物。
7、负载并去除固体物中的不稳定金属和有机溶剂，得到电催化剂。
8、具体地，本专利技术采用如下技术方案：
9、一种irni合金纳米笼全解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：
10、(1)将碳化镍纳米颗粒与二苯醚混合均匀，得到碳化镍分散液，向所述碳化镍分散液中加入铱盐的有机胺溶液，得到混合液；
11、(2)在惰性气氛，搅拌条件下，将所述混合液加热，恒温反应，离心，洗涤，干燥，得到碳化镍@铱镍核壳结构纳米颗粒粉末；
12、(3)将所述碳化镍@铱镍核壳结构纳米颗粒粉末将与导电碳载体通过超声震荡在有机溶剂中分散混合均匀，加入硫酸或盐酸，加热，搅拌，反应，离心，洗涤，干燥，得到所述irni合金纳米笼全解水催化剂。
13、其中，所述铱盐为氯化铱(ш)，乙酰丙酮铱(ⅲ)，醋酸铱(ⅲ)，氯铱(ⅳ)酸水合物，氯铱(ⅳ)酸钠六水合物，氯铱(ⅳ)酸铵或铱的其他盐或多种铱盐的混合物。
14、可选的，碳化镍的二苯醚分散液浓度为1～4mg/ml；超声条件为50hz超声30～90min。
15、可选地，所述有机胺为十二胺，十六胺，十八胺，油胺中的一种或多种中的至少一种。
16、可选地，所述铱-有机胺络合反应温度为90℃～120℃，处理时间为10min～120min。
17、可选地，所述碳化镍与铱盐、有机胺的摩尔比为1：0.2～1：50～200。例如，碳化镍与铱盐、有机胺的摩尔比为1：0.3：50～200、1：0.4：50～200、1：0.5：50～200、1：0.6：50～200、1：0.7：50～200、1：0.8：50～200、1：0.9：50～200或1：1：50～200。
18、可选地，所述碳化镍与铱-有机胺混合溶液升温速率为1～10℃/min恒温反应温度为200～250℃，所述恒温反应时间为2～12h。
19、可选地，所述对所述固液混合物进行固液分离，得到固体物的步骤包括：
20、对所述固液混合物离心处理，收集沉淀；
21、使用乙醇和环己烷的混合溶液对所述沉淀进行清洗；
22、将清洗后的沉淀置于50℃～80℃条件下真空干燥，得到固体物。
23、可选地，所述负载并去除所述固体物中的不稳定金属和残留溶剂，得到电催化剂的步骤包括：
24、将所得碳化镍@铱镍核壳固体物分散于导电碳上；
25、将所述已负载的固体物分散在酸的乙醇溶液中，加入酸同时加热反应以初步刻蚀掉所述固体物中的不稳定金属；
26、将酸刻蚀后的所述固体物洗涤后真空干燥。
27、如上任一所述的制备方法制备得到的irni合金纳米笼催化剂，所述纳米笼的直径为40～80nm，壳层厚度为2～5nm；所述纳米笼的铱原子与ni原子的物质的量之比为1：(0.25～0.5)，以所述的催化剂总质量计，所述负载后的催化剂ir的含量为5w％～30w％。
28、例如纳米笼的直径为40nm、42nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm或80nm。
29、例如，壳层厚度为2nm、2.2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、4.9nm或5nm。
30、例如，所述纳米笼的铱原子与ni原子的物质的量之比为1:0.25、1:0.3、1:0.333、1:0.35、1:0.4、1:0.42、1:0.45、1:0.48或1:0.5。
31、例如，以所述的催化剂总质量计，所述负载后的催化剂ir的含量为5w％、6w％、7w％、8w％、9w％、10w％、11w％、12w％、13w％、14w％、15w％、16w％、17w％、18w％、19w％、20w％、25w％或30w％。
32、此外，本专利技术还提出一种电极，用在电解槽中，所述电极包括由如上文所述的电催化剂的制备方法制得的电催化剂。
33、此外，本专利技术还提出一种由上文所述的电催化剂的制备方法制得的电催化剂在质子交换膜电解水(proton exchange membrane water electrolyser,pemwe)中的应用。
34、本专利技术提供的技术方案中，通过选用碳化镍作为模板，用有机胺作为配体调控反应速率，晶面适配地将铱沉积在碳化镍本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种IrNi合金纳米笼全解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，将碳化镍颗粒超声均匀分散在二苯醚溶液中，所述分散液浓度为1～4mg/ml；所述的超声条件为50Hz超声30～90min；将铱金属盐与有机胺加热络合反应形成铱-胺络合物溶液，向所述的碳化镍分散液中加入该铱-胺络合物溶液，超声混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将混合液置于磁力搅拌加热装置中，恒温反应，恒温反应的温度为200～230℃，反应时间为2h～12h后，将混合液经过12000～14000rmp/min转速下离心，并用体积比为1：1乙醇-环己烷溶液洗涤，自然干燥后得到碳化镍@铱镍核壳结构纳米颗粒粉末。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，
8.根据
9.根据权利要求1-8所述的制备方法制备得到的IrNi合金纳米笼催化剂，其特征在于，所述纳米笼的直径为40～80nm，壳层厚度为2～5nm；所述纳米笼的铱原子与过渡金属原子Ni的物质的量之比为1：(0.25～0.5)，以所述催化剂的总质量计，所述负载后的催化剂Ir含量为5w％～30w％。
10.权利要求9所述的催化剂在在PEM电解水中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种irni合金纳米笼全解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，将碳化镍颗粒超声均匀分散在二苯醚溶液中，所述分散液浓度为1～4mg/ml；所述的超声条件为50hz超声30～90min；将铱金属盐与有机胺加热络合反应形成铱-胺络合物溶液，向所述的碳化镍分散液中加入该铱-胺络合物溶液，超声混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将混合液置于磁力搅拌加热装置中，恒温反应，恒温反应的温度为2...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴长征，丁辉，苏才杰，谢毅，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：
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