一種Cu-Ir合金多面體納米籠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于貴金屬納米顆粒合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對電解水制氧有較高催化活性的Cu-1r合金納米籠粒子的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用可再生間歇性電能產(chǎn)生技術(shù)，如太陽能發(fā)電，風能發(fā)電產(chǎn)生的電能電解水是一種制備氫非常好的方法。用這種方法制備的氫可以存儲較多的電能，并減少化石燃料的使用。然而，由于水的熱力學穩(wěn)定性較高，電解水需要較高的過電位。由于電解水氧產(chǎn)生反應(yīng)其緩慢的四電子轉(zhuǎn)移過程極大的降低了水分解的效率，因此為了提高水的電解效率，制備高效的氧產(chǎn)生反應(yīng)電催化劑是非常關(guān)鍵的。此外，與堿性水電解劑相比，酸性聚合物電解質(zhì)膜水電解劑能夠提供高的電流密度，較低的氣體通過率和緊湊的系統(tǒng)設(shè)計。因此，制備高效的能夠適應(yīng)于酸性電解質(zhì)水電解劑腐蝕性環(huán)境的電催化劑是非常關(guān)鍵的。到目前為止，1^02仍然是聚合物電解質(zhì)膜水電解劑中比較好的陽極催化劑。但是IrO 2的高昂價格及有限的催化活性限制了它的實際應(yīng)用。
[0003]研究認為，將貴金屬Ir和其他非貴金屬3d過渡金屬合金化，能夠調(diào)節(jié)Ir氧化物表面的電子結(jié)構(gòu)，提高其催化活性并降低Ir的用量。Strasser等人發(fā)現(xiàn)，與純Ir納米粒子相比，由于Ir和Ni的協(xié)同作用，IrNi合金核IrOx殼結(jié)構(gòu)的納米粒子表現(xiàn)出了較高的氧產(chǎn)生電催化活性。并且Ni的加入，降低了 Ir的用量。與實心粒子相比，空心多孔貴金屬基納米結(jié)構(gòu)，如納米籠，納米盒和納米框架受到了廣泛的研究興趣。由于空心多孔結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積，較大的內(nèi)部空間和較好的反應(yīng)物分子三維可接觸性，因此空心結(jié)構(gòu)的納米粒子表現(xiàn)出了較高的催化活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服【背景技術(shù)】中存在的缺點，提供一種操作簡單、Ir的用量少、氧產(chǎn)生催化活性高的Cu-1r合金多面體納米籠的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案解決:
[0006]—種Cu-1r合金多面體納米籠的制備方法，具體步驟為:首先，將乙酰丙酮銅放入油胺中，在磁力攪拌、氮氣保護下將溫度逐漸升到270°C并保持270°C 15分鐘，然后將溫度降到注射溫度，注入氯化銥的油胺溶液，并保持注射溫度2小時，即得到Cu-1r合金多面體納米籠；所述的乙酰丙酮銅和氯化銥的用量按摩爾比為3?1: 1，所述的注射溫度是240 ?270 °C。
[0007]所述的乙酰丙酮銅和氯化銥的用量按摩爾比優(yōu)選1:1。
[0008]所述的注射溫度優(yōu)選250 °C。
[0009]所述的將乙酰丙酮銅放入油胺中的步驟中的油胺的用量優(yōu)選為每mmol乙酰丙酮銅使用25mL。
[0010]所述的氯化銥的油胺溶液的濃度優(yōu)選0.2mol/Lo
[0011]按本發(fā)明的優(yōu)選方案所制備出的Cu-1r合金多面體納米籠由于其空心多孔結(jié)構(gòu)和雙金屬的協(xié)同作用，表現(xiàn)出較高的電催化氧產(chǎn)生反應(yīng)催化活性，氧產(chǎn)生反應(yīng)的起始電位為1.447V，塔菲爾斜率為43.8mV/decade。在過電位為0.28V時其質(zhì)量活度可以達到73mA/mgIr0在實際的電催化水分解系統(tǒng)中有潛在的應(yīng)用。
[0012]綜上，本發(fā)明有以下有益效果:
[0013]本發(fā)明采用熱注射法，通過Cu和Ir之間的置換反應(yīng)和合金化過程合成空心的Cu-1r合金納米籠結(jié)構(gòu)，簡單方便。本發(fā)明的方法合成的Cu-1r納米籠結(jié)構(gòu)具有較高的氧產(chǎn)生反應(yīng)電催化活性。
【附圖說明】
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[0014]圖1為實施例1所制備Cu模板納米晶的X射線衍射圖。
[0015]圖2為實施例1所制備Cu模板納米晶的透射電子顯微鏡圖。
[0016]圖3為實施例1所制備Cu模板納米粒子的高分辨透射電子顯微鏡圖。
[0017]圖4為實施例2制備的Cu1.Jr納米籠結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖。
[0018]圖5為實施例2制備的CUuIr納米籠結(jié)構(gòu)的X射線衍射圖。豎杠分別為對應(yīng)的標準衍射峰的位置。
[0019]圖6為實施例2制備的CUuIr納米籠結(jié)構(gòu)的高分辨透射電子顯微鏡圖。
[0020]圖7為與圖6所示高分辨透射電子顯微鏡照片對應(yīng)的快速傅里葉變換圖。
[0021]圖8為實施例2制備的Cu1.Jr納米籠結(jié)構(gòu)的掃描透射電子顯微鏡圖。
[0022]圖9為實施例2制備的Cu1.Jr納米籠結(jié)構(gòu)的Cu元素分布圖。
[0023]圖10為實施例2制備的Cu1.Jr納米籠結(jié)構(gòu)的Ir元素分布圖。
[0024]圖11為實施例3制備的Cu2Ir核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的透射電子顯微鏡照片。
[0025]圖12為實施例3制備的Cu2Ir核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的高分辨透射電子顯微鏡圖。
[0026]圖13為實施例3制備的CUl.4Ir核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的透射電子顯微鏡圖。
[0027]圖14為實施例3制備的CUl.4Ir核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的高分辨透射電子顯微鏡圖。
[0028]圖15為實施例4所述的注射溫度為230°C時所得產(chǎn)物的透射電子顯微鏡照片。
[0029]圖16為實施例4所述的注射溫度為240°C時所得產(chǎn)物的透射電子顯微鏡照片。
[0030]圖17為實施例4所述的注射溫度為270°C時所得產(chǎn)物的透射電子顯微鏡照片。
[0031]圖18為本發(fā)明各實施例制備的CUl.Jr、Cu1.4Ir、Cu2Ir, Ir納米花和商用Ir黑催化劑在0.05mol/L硫酸溶液中掃描速度為5mV/s時的極化曲線。
[0032]圖19為由圖19中極化曲線得出的相應(yīng)的Cu1.Jr，CUl.4Ir，Cu2Ir, Ir納米花和商用Ir黑催化劑的塔菲爾斜率。
[0033]圖20為CUl.Jr、Cu1.4Ir、Cu2Ir, Ir納米花和商用Ir黑催化劑在0.05mol/L硫酸溶液中電流密度為ImA/cm2時的計時電勢測試曲線。
【具體實施方式】
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[0034]結(jié)合下列實施實例更加具體的闡述本發(fā)明方法，如無特殊說明，所用試劑均為市售可獲得的產(chǎn)品，無需進一步提純使用。
[0035]實施例1:單質(zhì)銅納米晶的制備
[0036]將0.2mmol乙酰丙酮銅和5mL油胺裝入圓底三頸瓶中，在磁力攪拌、氮氣