一種Cu-Ir合金多面體納米籠的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于貴金屬納米顆粒合成技術領域，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】
[0002]利用可再生間歇性電能產生技術，如太陽能發電，風能發電產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，由于水的熱力學穩定性較高，電解水需要較高的過電位。由于電解水氧產生反應其緩慢的四電子轉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，制備高效的氧產生反應電催化劑是非常關鍵的。此外，與堿性水電解劑相比，酸性聚合物電解質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設計。因此，制備高效的能夠適應于酸性電解質水電解劑腐蝕性環境的電催化劑是非常關鍵的。到目前為止，1^02仍然是聚合物電解質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，能夠調節Ir氧化物表面的電子結構，提高其催化活性并降低Ir的用量。Strasser等人發現，與純Ir納米粒子相比，由于Ir和Ni的協同作用，IrNi合金核IrOx殼結構的納米粒子表現出了較高的氧產生電催化活性。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構，如納米籠，納米盒和納米框架受到了廣泛的研究興趣。由于空心多孔結構具有較高的比表面積，較大的內部空間和較好的反應物分子三維可接觸性，因此空心結構的納米粒子表現出了較高的催化活性。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是，克服【背景技術】中存在的缺點，提供一種操作簡單、Ir的用量少、氧產生催化活性高的Cu-1r合金多面體納米籠的制備方法。
[0005]本發明的技術問題通過以下技術方案解決:
[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選1:1。
[0008]所述的注射溫度優選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選0.2mol/Lo
[0011]按本發明的優選方案所制備出的Cu-1r合金多面體納米籠由于其空心多孔結構和雙金屬的協同作用，表現出較高的電催化氧產生反應催化活性，氧產生反應的起始電位為1.447V，塔菲爾斜率為43.8mV/decade。在過電位為0.28V時其質量活度可以達到73mA/mgIr0在實際的電催化水分解系統中有潛在的應用。
[0012]綜上，本發明有以下有益效果:
[0013]本發明采用熱注射法，通過Cu和Ir之間的置換反應和合金化過程合成空心的Cu-1r合金納米籠結構，簡單方便。本發明的方法合成的Cu-1r納米籠結構具有較高的氧產生反應電催化活性。
【附圖說明】
:
[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納米籠結構的透射電鏡圖。
[0018]圖5為實施例2制備的CUuIr納米籠結構的X射線衍射圖。豎杠分別為對應的標準衍射峰的位置。
[0019]圖6為實施例2制備的CUuIr納米籠結構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納米籠結構的掃描透射電子顯微鏡圖。
[0022]圖9為實施例2制備的Cu1.Jr納米籠結構的Cu元素分布圖。
[0023]圖10為實施例2制備的Cu1.Jr納米籠結構的Ir元素分布圖。
[0024]圖11為實施例3制備的Cu2Ir核殼結構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核殼結構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核殼結構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核殼結構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時所得產物的透射電子顯微鏡照片。
[0031]圖18為本發明各實施例制備的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】
:
[0034]結合下列實施實例更加具體的闡述本發明方法，如無特殊說明，所用試劑均為市售可獲得的產品，無需進一步提純使用。
[0035]實施例1:單質銅納米晶的制備
[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