一种中空多孔碗状结构的PtIr纳米晶及其制备方法和应用

本发明属于贵金属纳米材料制备，具体涉及一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，日益严重的能源危机和环境污染问题使得开发和研究新型绿色能源装置变得十分重要。氢能由于其能量密度高、环境友好等优点受到人们的广泛关注。目前，电解水制氢仍然高度依赖于以pt、ir为主的贵金属催化剂，但贵金属价格昂贵、储量有限且动力学缓慢，严重阻碍了大规模商业化使用。因此，开发更为低廉、高效的新型催化剂成为当下热点方向。

2、调控形貌和表面结构是提高pt催化剂效率的有效策略之一。具有自支撑稳定性的多孔碗状纳米结构由于其形貌复杂、低密度、有趣的凹形结构和不对称的内腔，不仅有利于扩大催化剂表面可及性，而且能促进电解质的渗透，缩短电子和离子的扩散路径。中空多孔碗状结构的ptir纳米合金催化剂可以很好地利用合金协同效应和结构优势，从而显著提高电催化活性和耐久性。此外，pt催化剂的催化性能还取决于粒径的大小和几何构型。超小尺寸的纳米粒子可以极大地增加表面原子数量，改变表面能，从而提高催化剂的原子利用率，促进催化反应。因此将超细纳米粒子精确调控成具有独特几何排列和丰富孔隙率的层次结构有利于提高催化反应动力学，增强催化剂的活性和结构稳定性。

3、但是，制备出高性能、高稳定性的中空多孔pt基催化剂并将其实际应用于析氢反应仍具有很大的挑战。

技术实现思路

1、为解决现有技术问题，本发明的目的提供了一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶及其制备方法和应用。该方法通过一步水热法制备得到的中空多孔ptir纳米碗，所述中空多孔ptir纳米碗由超细纳米颗粒组成，不仅操作简单高效、形貌均一，而且制得的催化剂活性位点丰富，对析氢反应(her)展现出优异的电催化活性和稳定性，以满足相关领域应用和发展的要求。

2、为解决现有技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，以pt盐和ir盐为金属前驱体溶解后，再加入甲叉双丙烯酰胺作为形貌导向剂和分散剂，加入还原剂，通过一步水热反应，得中空多孔碗状结构的ptir纳米晶。

4、作为改进的是，所述还原剂为甲醛溶液。

5、作为改进的是，所述甲叉双丙烯酰胺与pt盐和ir盐为金属前驱体之和的摩尔比为(1～100)：1。

6、作为改进的是，所述pt盐为h2ptcl6、k2ptcl6或k2ptcl4；所述ir盐为ircl3、irbr3或k3ircl6。

7、进一步改进的是，所述pt盐和ir盐的摩尔比例为(0.01～100)：1。

8、作为改进的是，所述水热反应温度为80～160℃，反应时间为120～360min。

9、作为改进的是，所述溶剂为水。

10、上述制备方法制备得到的中空多孔碗状结构的ptir纳米晶，所述中空多孔碗状结构的ptir纳米晶由超小尺寸的纳米颗粒构成。

11、上述制备方法制备得到的中空多孔碗状结构的ptir纳米晶在析氢反应(her)上的应用。

12、本发明原理在于：将少量ir掺杂入pt中形成双金属合金催化剂，利用金属间协同效应，可以有效地修饰pt的电子结构，改变局部配位环境，并引起整个体系的晶格应变，提高析氢反应的催化活性。除了组分的影响，催化剂的活性也很大程度上依赖于它的形貌和尺寸。

13、本发明所制备的ptir合金纳米晶具有中空多孔的纳米碗形貌以及超细纳米颗粒的结构单元，暴露出更多的活性位点，双层结构促进传质传荷，结构稳定性好，因此对于her有优异的催化活性和稳定性。

14、有益效果：

15、与现有技术相比，本发明一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶及其制备方法和应用，具有以下优势：

16、1)与传统的制备方法相比，本发明通过简便的一步水热法合成了由超细纳米颗粒组成的中空多孔ptir纳米碗催化剂，形貌均一，工艺简便，有利于规模化生产。

17、2)与传统的模板辅助生长机制相比，本发明采用自牺牲模板策略，过程简单且省时。

18、3)本发明制备得到的中空多孔ptir纳米碗比表面积大、活性位点多，对于酸性析氢反应表现出优异的催化活性和稳定性，在实际燃料电池装置中具有极大的应用潜力。

技术特征：

1.一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，其特征在于，以pt盐和ir盐为金属前驱体溶解后，再加入甲叉双丙烯酰胺作为形貌导向剂和分散剂，加入还原剂，通过一步水热反应，得中空多孔碗状结构的ptir纳米晶。

2.根据权利要求1所述的一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，其特征在于，所述还原剂为甲醛溶液。

3.根据权利要求1所述的一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，其特征在于，所述甲叉双丙烯酰胺与pt盐和ir盐为金属前驱体之和的摩尔比为(1～100)：1。

4.根据权利要求1所述的一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，其特征在于，所述pt盐为h2ptcl6、k2ptcl6或k2ptcl4；所述ir盐为ircl3、irbr3或k3ircl6。

5.根据权利要求1所述的一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，其特征在于，所述pt盐和ir盐的摩尔比例为(0.01～100)：1。

6.根据权利要求1所述的一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为80～160℃，反应时间为120～360min。

7.根据权利要求1所述的一种中空多孔碗状结构的ptir纳米晶的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水。

8.基于权利要求1所述制备方法制备得到的中空多孔碗状结构的ptir纳米晶，其特征在于，所述中空多孔碗状结构的ptir纳米晶由超小尺寸的纳米颗粒构成。

9.基于权利要求1所述制备方法制备得到的中空多孔碗状结构的ptir纳米晶在析氢反应上的应用。

技术总结
本发明公开了一种中空多孔碗状结构的PtIr纳米晶及其制备方法和应用。该制备方法以Pt盐和Ir盐为金属前驱体，甲叉双丙烯酰胺(MBA)为形貌导向剂，甲醛(HCHO)为还原剂，一步水热即可得到由超细纳米颗粒组成的PtIr纳米晶。与传统的制备方法相比，本方法操作简单、条件温和，且产率较高，可实现规模化生产。本发明方法制备得到的中空多孔碗状PtIr纳米晶具有比表面积大、活性位点丰富等优点，对酸性析氢反应具有优异的电催化活性和稳定性。

技术研发人员：徐林,张臻博,周雨蝶,唐亚文
受保护的技术使用者：南京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15