【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电解水，具体而言，涉及一种二元金属催化剂、其制备方法和应用。
技术介绍
1、质子交换膜电解水(pemwe，proton exchange membrane water electrolysis)作为一种响应速度快、匹配可再生能源、设备工艺运维成本低等优点的绿氢制备技术，近年来持续得到了学术及工业各界的广泛关注。
2、然而，当前仍然有很多制约质子交换膜电解水制氢真正落地到规模化量产的阻碍。例如，产品核心原材料价格高昂及量产质量不稳定、产品生产工艺流程不完善以及缺乏有效的过程质量控制等。因此，需要不断的优化核心原材料，例如，改善贵金属催化剂生产工艺，以提高产品初始性能及耐久性，同时降低材料及工艺成本。
3、质子交换膜电解水阳极的氧析出反应(oer，oxygen evolution reaction)是一个涉及四个电子-质子转移的氧化还原反应过程，一般过电位在300mv以上。目前，在工业领域，铱及氧化铱依然作为最主要的oer催化剂，但ir贵金属在地球分布有限，属于贵金属。因此，开发出一种低成本、低能耗、产品结构稳定可靠、可用于大规模量产的酸性质子交换膜电解水合金催化剂的制备工艺迫在眉睫。
技术实现思路
1、基于上述的不足，本申请提供了一种二元金属催化剂、其制备方法和应用，以部分或全部地改善相关技术中催化性能较低和成本较高的问题。
2、本申请是这样实现的：
3、在第一方面，本申请的示例提供了一种二元金属催化剂。二元金属催化剂包括铂和
4、在上述实现过程中，二元金属催化剂中含有铂和铱，铂能够基本在不牺牲催化剂导电性能的同时降低贵金属铱的用量，降低二元金属催化剂的成本。并且，二元金属催化剂中，铂的平均直径为5-7nm，铂的长径比为6-11，铱的平均粒径为2-4nm，铱颗粒负载于棒状的铂形成有序的类核壳结构，以及铱颗粒的表面具有亲水基团，能够降低二元金属催化剂的过电位，提高二元金属催化剂的催化性能。
5、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，亲水基团包括羟基。
6、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，铱和铂的摩尔比为1：0.5-1。
7、可选的，铱与铂的摩尔比为1：0.5-0.6。
8、在上述实现过程中，二元金属催化剂中铱和铂的摩尔比为1：0.5-1，能够在不影响催化剂的导电性能和催化性能的前提下，降低催化剂的成本。
9、在第二方面，本申请示例提供一种二元金属催化剂的制备方法，包括：
10、第一金属纳米棒的制备：将第一金属前驱体与形貌控制剂在第一溶剂中混合，第一次分散，第一次加热反应使第一金属前驱体形成第一金属；洗涤、过滤和干燥，获得第一金属纳米棒；
11、二元金属催化剂的制备：将第一金属纳米棒、第二金属前驱体和络合剂在第二溶剂中混合，第二次分散，加入ph调节剂调整至碱性，分散，第二次加热反应使第二金属前驱体形成第二金属；洗涤、过滤和干燥，获得二元金属催化剂。
12、上述实现过程中，将第一金属前驱体和形貌控制剂在第一溶剂中混合均匀后进行加热获得第一金属，形貌控制剂能够控制第一金属的形貌，使反应形成的第一金属呈棒状，获得具有较多的高活性晶面处于暴露状态的第一金属纳米棒。将第一金属纳米棒与第二金属前驱体和络合剂在第二溶剂中混合均匀后，调节ph至碱性，进行加热还原反应，以在第一金属纳米棒表面形成多颗第二金属颗粒，且由于第一金属纳米棒具有较多的暴露状态的高活性晶面，在形成第二金属颗粒的过程中，能够通过电子效应及应力效应调整第二金属的表面晶型结构和表面原子状态，提高催化剂的催化性能；此外，混合体系中的络合剂能够限制第二金属在热还原过程中的晶粒增大，能够提高催化剂的催化性能；进一步地，在第二金属的还原过程中，调节体系ph至碱性，能够实现金属在还原后表面具备较多的亲水基团，大幅度的提升催化剂在离聚物浆料体系中的分散效率及浆料的储存稳定性，还能够降低二元金属催化剂的过电位，提高催化性能。
13、结合第二方面，在一种可能的实施方式中，第一金属前驱体中的金属元素为铂，第二金属前驱体中的金属元素为铱。
14、可选的，铱和铂的摩尔比为1：0.5-1。
15、在上述实现过程中，利用形貌控制剂控制铂前驱体热还原反应过程，能够获得棒状结构的铂金属。然后在铂纳米棒、络合剂以及ph剂的调节作用下对铱金属前驱体进行热还原，能够调控铱金属的形貌的粒径，以及铱金属的表面晶型结构和表面原子状态，获得具有较高氧析出初始活性等催化性能的铂-铱二元金属催化剂，能够提高质子交换膜电解水的效率。
16、结合第二方面，在一种可能的实施方式中，第一金属前驱体选自氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾或硝酸铂中的至少一种。
17、第二金属前驱体选自氯铱酸或乙酰丙酮铱中的至少一种。
18、在上述实现过程中，利用氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾或硝酸铂等第一金属前驱体，能够在形貌控制剂调节的热还原反应过程中，获得棒状结构的铂金属。利用氯铱酸、乙酰丙酮铱等第二金属前驱体，能够在铂纳米棒、络合剂以及ph剂调节的热还原反应中获得负载于铂纳米棒的细晶状的铱金属。
19、结合第二方面，在一种可能的实施方式中，形貌控制剂选自碘化钾、溴化钾、苯甲酸、十六烷基三甲基溴化铵或多巴胺中的至少一种。
20、络合剂选自聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、柠檬酸钠或抗坏血酸中的至少一种。
21、第一溶剂和第二溶剂均独立的选自甲醛、乙二醇或丙三醇中的至少一种。
22、ph调节剂选自氢氧化钠、碳酸氢铵或氢氧化钾中的至少一种。
23、可选的，第一金属前驱体与形貌控制剂的摩尔比为2-5：1。
24、可选的，第二金属前驱体与络合剂的摩尔比为1-3：1。
25、可选的，二元金属催化剂的制备步骤中，加入ph调节剂调整至ph为9-11。
26、在上述实现过程中，利用碘化钾、溴化钾、苯甲酸、十六烷基三甲基溴化铵或多巴胺等形貌控制剂参与铂前驱体的热反应过程，能够控制热还原获得的铂金属的形貌为棒状，使铂纳米棒具有较多的处于暴露状态的活性晶面。利用聚乙烯吡咯烷酮、柠檬酸、柠檬酸钠或抗坏血酸等络合剂与铂纳米棒和氢氧化钠、碳酸氢铵或氢氧化钾等ph调节剂参与铱前驱体的热还原反应，能够调控铱金属的形貌、表面晶型结构和表面原子状态，获得具有较高氧析出初始活性等催化性能的铂-铱二元金属催化剂。
27、结合第二方面，在一种可能的实施方式中，第一次加热反应的温度为90-110℃；第二次加热反应的温度为150-170℃。
28、可选的，第一次加热反应和/或第二次加热反应采用微波反应，微波反应的功率为1000-5000w。
29、可选的，第一次加热反应的温度为95-105℃。
30、可选的，第一次本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二元金属催化剂，其特征在于，所述二元金属催化剂包括铂和负载于所述铂的铱，所述铂的平均直径为5-7nm，所述铂的长径比为6-11，所述铱的平均粒径为2-4nm，所述铱的表面具有亲水基团。
2.根据权利要求1所述的二元金属催化剂，其特征在于，所述亲水基团包括羟基。
3.根据权利要求1所述的二元金属催化剂，其特征在于，所述铱和所述铂的摩尔比为1：0.5-1；
4.一种二元金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属前驱体中的金属元素为铂，所述第二金属前驱体中的金属元素为铱；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属前驱体选自氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾或硝酸铂中的至少一种；
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述形貌控制剂选自碘化钾、溴化钾、苯甲酸、十六烷基三甲基溴化铵或多巴胺中的至少一种；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一次加热反应的温度为90-110℃；所述第二次加热反应的温度为150-
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一次分散的方法包括第一剪切分散，第一剪切速度为200-600rpm，第一剪切时长为10-60min；
10.一种利用权利要求1-3所述的二元金属催化剂在质子交换膜电解水中的应用；
...【技术特征摘要】
1.一种二元金属催化剂，其特征在于，所述二元金属催化剂包括铂和负载于所述铂的铱，所述铂的平均直径为5-7nm，所述铂的长径比为6-11，所述铱的平均粒径为2-4nm，所述铱的表面具有亲水基团。
2.根据权利要求1所述的二元金属催化剂，其特征在于，所述亲水基团包括羟基。
3.根据权利要求1所述的二元金属催化剂，其特征在于，所述铱和所述铂的摩尔比为1：0.5-1；
4.一种二元金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属前驱体中的金属元素为铂，所述第二金属前驱体中的金属元素为铱；
6.根据权利要求5所述的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓云，邸志岗，
申请(专利权)人：上海韵量新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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