高效plasmon增强HER高效催化剂的制备及性能测试的制作方法

本发明涉及新能源材料技术领域，具体为一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试。

背景技术：

在化学反应里能改变反应物化学反应速率(提高或降低)而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(固体催化剂也叫触媒)。据统计，约有90％以上的工业过程中使用催化剂，如化工、石化、生化、环保等。

铂催化剂是一种以金属铂为主要活性组分制成的催化剂的总称。采用铂金属网、铂黑、或把铂载于氧化铝等载体上，也可含有金属铼等助催化剂组分。铂催化剂是析氢反应(her)中常用的催化剂，因为使用铂催化剂制作成本较高，铂金属资源比较稀缺，回收利用比较困难，因此发明以一种制作成本低、利于回收的析氢反应(her)催化剂变得十分重要。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，解决了铂催化剂是析氢反应(her)中常用的催化剂，使用铂催化剂制作成本较高，铂金属资源比较稀缺，回收利用比较困难的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，包括以下步骤：

第一步、fe3o4微球合成

s1：将fe3o4·6h2o(1.35g，5mmol)溶解在乙二醇(40ml)溶液中，形成均一溶液，再加入naac(3.6g)和聚乙二烯(1.0g)；

s2：将混合物搅拌30分钟，然后密封在一个以聚四氟乙烯为内衬的高压釜(50ml)中，加热到200℃并保持9小时，然后自然降温；

s3：将黑色产物用乙醇清洗三次然后烘干；

第二步、合成fe3o4/au/mof基磷化纳米粒子

s1：将20mg的fe3o4用hcl(5ml，1m)预处理并超声5分钟；

s2：利用磁铁吸附样品用超纯水进行清洗三次；

s3：将用品与20ml超纯水和半胱氨酸水溶液(10ml，10g/l)充分混合，用超声发生器超声1小时；

s4：将溶液中的样品用磁铁分离并用超纯水清洗三次并再次分离到20ml超纯水中；

s5：将2ml的氯金酸(25mm)逐滴加入到上述溶液中，搅拌三小时；

s6：再加入5ml抗坏血酸(1wt％)，并搅拌三小时；

s7：用磁铁将产物分离，用超纯水和乙醇分别清洗三次，将样品分散到乙醇中；

s8：在70℃水浴条件下将样品浸入到4mlfecl3乙醇溶液(10mm)中静置15分钟，随后用乙醇清洗三次；

s9：在70℃水浴条件下再加入4mlh3btc乙醇溶液(10mm)并静置30分钟，随后用乙醇溶液清洗三次；

s10：重复s8-s9步骤，重复的次数可自行决定；

s11：在120℃、真空条件下烘干；

s12：将样品均匀平铺放入磁舟中，用管式炉900℃高温加热2小时，随后自然降温；

s13：取0.1gkh2po4于磁舟中，并放在管式炉的上风口，将样品也用磁舟盛放置于管式炉的下风口，最终得到的催化剂为fe3o4aufe2pc-9。

优选的，所述运用三电极体系，使用电化学工作站，在0.5mol/l的h2so4的电解液，扫速为2mv/s，电催化剂具有优良的催化活性和稳定性，电阻率相对较小，在光照的条件下具有光电耦合增强her催化性能。

优选的，所述s10步骤中，重复s8-s9的步骤次数为3-5次。

(三)有益效果

本发明提供了一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，其有益效果是：通过制备出plasmon增强her的高效her催化剂，大大缓解了铂金属的供应需求，而且制作成本低，利于回收利用。

附图说明

图1是本发明fe3o4/au/mof纳米颗粒结构示意图；

图2是本发明电催化活性参数示意图，onsetoverpotential是光照前和光照后样品的起始电势,η[a]是光照前，η[b]是光照后，tafelslope是塔菲尔曲线斜率，tafelregion是塔菲尔选取范围；

图3是本发明、fe3o4/au/fe2p/c-4、fe3o4/au/fe2p/c-14和及其光照后的极化曲线示意图，[a]代表光照前，[b]代表光照后；

图4是本发明和fe3o4/au/fe2o3/c-9以及光照后的极化曲线示意图，[a]代表光照前，[b]代表光照后；

图5是本发明样品的稳定性测试示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，包括以下步骤：

第一步、fe3o4微球合成

s1：将fe3o4·6h2o(1.35g，5mmol)溶解在乙二醇(40ml)溶液中，形成均一溶液，再加入naac(3.6g)和聚乙二烯(1.0g)；

s2：将混合物搅拌30分钟，然后密封在一个以聚四氟乙烯为内衬的高压釜(50ml)中，加热到200℃并保持9小时，然后自然降温；

s3：将黑色产物用乙醇清洗三次然后烘干；

第二步、合成fe3o4/au/mof基磷化纳米粒子

s1：将20mg的fe3o4用hcl(5ml，1m)预处理并超声5分钟；

s2：利用磁铁吸附样品用超纯水进行清洗三次；

s3：将用品与20ml超纯水和半胱氨酸水溶液(10ml，10g/l)充分混合，用超声发生器超声1小时；

s4：将溶液中的样品用磁铁分离并用超纯水清洗三次并再次分离到20ml超纯水中；

s5：将2ml的氯金酸(25mm)逐滴加入到上述溶液中，搅拌三小时；

s6：再加入5ml抗坏血酸(1wt％)，并搅拌三小时；

s7：用磁铁将产物分离，用超纯水和乙醇分别清洗三次，将样品分散到乙醇中；

s8：在70℃水浴条件下将样品浸入到4mlfecl3乙醇溶液(10mm)中静置15分钟，随后用乙醇清洗三次；

s9：在70℃水浴条件下再加入4mlh3btc乙醇溶液(10mm)并静置30分钟，随后用乙醇溶液清洗三次；

s10：重复s8-s9步骤，重复的次数为3-5次；

s11：在120℃、真空条件下烘干；

s12：将样品均匀平铺放入磁舟中，用管式炉900℃高温加热2小时，随后自然降温；

s13：取0.1gkh2po4于磁舟中，并放在管式炉的上风口，将样品也用磁舟盛放置于管式炉的下风口，最终得到的催化剂为fe3o4aufe2pc-9。

合成282nm的fe3o4纳米颗粒，在其表面生长au纳米粒子，其后在上面生长mof，紧接着对其磷化，因为au纳米层厚度较小，在tem图像中难以发现，但可以清楚地看到mof的厚度和中间的fe3o4纳米颗粒。

参阅图2：运用三电极体系，使用电化学工作站，在0.5mol/l的h2so4的电解液，扫速为2mv/s，是表示对样品进行9次mof后磷化，fe3o4/au/fe2p/c-4是表示对样品进行4次mof后磷化，fe3o4/au/fe2p/c-14是表示对样品进行14次mof后磷化，fe3o4/au/fe2o3/c-9是表示对样品进行9次mof后不磷化，电催化剂具有优良的催化活性和稳定性，电阻率相对较小，在光照的条件下具有光电耦合增强her催化性能。

实施例一

请参阅图3，一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，包括以下步骤：

第一步、fe3o4微球合成

s1：将fe3o4·6h2o(1.35g，5mmol)溶解在乙二醇(40ml)溶液中，形成均一溶液，再加入naac(3.6g)和聚乙二烯(1.0g)；

s2：将混合物搅拌30分钟，然后密封在一个以聚四氟乙烯为内衬的高压釜(50ml)中，加热到200℃并保持9小时，然后自然降温；

s3：将黑色产物用乙醇清洗三次然后烘干；

第二步、合成fe3o4/au/mof基磷化纳米粒子

s1：将20mg的fe3o4用hcl(5ml，1m)预处理并超声5分钟；

s2：利用磁铁吸附样品用超纯水进行清洗三次；

s3：将用品与20ml超纯水和半胱氨酸水溶液(10ml，10g/l)充分混合，用超声发生器超声1小时；

s4：将溶液中的样品用磁铁分离并用超纯水清洗三次并再次分离到20ml超纯水中；

s5：将2ml的氯金酸(25mm)逐滴加入到上述溶液中，搅拌三小时；

s6：再加入5ml抗坏血酸(1wt％)，并搅拌三小时；

s7：用磁铁将产物分离，用超纯水和乙醇分别清洗三次，将样品分散到乙醇中；

s8：在70℃水浴条件下将样品浸入到4mlfecl3乙醇溶液(10mm)中静置15分钟，随后用乙醇清洗三次；

s9：在70℃水浴条件下再加入4mlh3btc乙醇溶液(10mm)并静置30分钟，随后用乙醇溶液清洗三次；

s10：重复s8-s9步骤，重复的次数为3次；

s11：在120℃、真空条件下烘干；

s12：将样品均匀平铺放入磁舟中，用管式炉900℃高温加热2小时，随后自然降温；

s13：取0.1gkh2po4于磁舟中，并放在管式炉的上风口，将样品也用磁舟盛放置于管式炉的下风口，最终得到的催化剂为fe3o4aufe2pc-9。

综上可得：fe3o4/au/fe2p/c-4是表示对样品进行4次mof后磷化，fe3o4/au/fe2p/c-14是表示对样品进行14次mof后磷化，fe3o4/au/fe2o3/c-9是表示对样品进行9次mof后不磷化，三种催化剂在光照条件下催化性能增强，在相同条件下，9次mof磷化比其他样品催化性能好。

实施例二

请参阅图4，一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，包括以下步骤：

第一步、fe3o4微球合成

s1：将fe3o4·6h2o(1.35g，5mmol)溶解在乙二醇(40ml)溶液中，形成均一溶液，再加入naac(3.6g)和聚乙二烯(1.0g)；

s2：将混合物搅拌30分钟，然后密封在一个以聚四氟乙烯为内衬的高压釜(50ml)中，加热到200℃并保持9小时，然后自然降温；

s3：将黑色产物用乙醇清洗三次然后烘干；

第二步、合成fe3o4/au/mof基磷化纳米粒子

s1：将20mg的fe3o4用hci(5ml，1m)预处理并超声5分钟；

s2：利用磁铁吸附样品用超纯水进行清洗三次；

s3：将用品与20ml超纯水和半胱氨酸水溶液(10ml，10g/l)充分混合，用超声发生器超声1小时；

s4：将溶液中的样品用磁铁分离并用超纯水清洗三次并再次分离到20ml超纯水中；

s5：将2ml的氯金酸(25mm)逐滴加入到上述溶液中，搅拌三小时；

s6：再加入5ml抗坏血酸(1wt％)，并搅拌三小时；

s7：用磁铁将产物分离，用超纯水和乙醇分别清洗三次，将样品分散到乙醇中；

s8：在70℃水浴条件下将样品浸入到4mlfecl3乙醇溶液(10mm)中静置15分钟，随后用乙醇清洗三次；

s9：在70℃水浴条件下再加入4mlh3btc乙醇溶液(10mm)并静置30分钟，随后用乙醇溶液清洗三次；

s10：重复s8-s9步骤，重复的次数为4次；

s11：在120℃、真空条件下烘干；

s12：将样品均匀平铺放入磁舟中，用管式炉900℃高温加热2小时，随后自然降温；

s13：取0.1gkh2po4于磁舟中，并放在管式炉的上风口，将样品也用磁舟盛放置于管式炉的下风口，最终得到的催化剂为fe3o4aufe2pc-9。

综上可得：fe3o4/au/fe2p/c-4是表示对样品进行4次mof后磷化，fe3o4/au/fe2p/c-14是表示对样品进行14次mof后磷化，fe3o4/au/fe2o3/c-9是表示对样品进行9次mof后不磷化，同样在光照条件下催化剂的催化活性得到增强，在相同条件下9次mof磷化比9次mof不磷化的催化效果要好。

实施例三

请参阅图5，一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，包括以下步骤：

第一步、fe3o4微球合成

s1：将fe3o4·6h2o(1.35g，5mmol)溶解在乙二醇(40ml)溶液中，形成均一溶液，再加入naac(3.6g)和聚乙二烯(1.0g)；

s2：将混合物搅拌30分钟，然后密封在一个以聚四氟乙烯为内衬的高压釜(50ml)中，加热到200℃并保持9小时，然后自然降温；

s3：将黑色产物用乙醇清洗三次然后烘干；

第二步、合成fe3o4/au/mof基磷化纳米粒子

s1：将20mg的fe3o4用hcl(5ml，1m)预处理并超声5分钟；

s2：利用磁铁吸附样品用超纯水进行清洗三次；

s3：将用品与20ml超纯水和半胱氨酸水溶液(10ml，10g/l)充分混合，用超声发生器超声1小时；

s4：将溶液中的样品用磁铁分离并用超纯水清洗三次并再次分离到20ml超纯水中；

s5：将2ml的氯金酸(25mm)逐滴加入到上述溶液中，搅拌三小时；

s6：再加入5ml抗坏血酸(1wt％)，并搅拌三小时；

s7：用磁铁将产物分离，用超纯水和乙醇分别清洗三次，将样品分散到乙醇中；

s8：在70℃水浴条件下将样品浸入到4mlfecl3乙醇溶液(10mm)中静置15分钟，随后用乙醇清洗三次；

s9：在70℃水浴条件下再加入4mlh3btc乙醇溶液(10mm)并静置30分钟，随后用乙醇溶液清洗三次；

s10：重复s8-s9步骤，重复的次数为5次；

s11：在120℃、真空条件下烘干；

s12：将样品均匀平铺放入磁舟中，用管式炉900℃高温加热2小时，随后自然降温；

s13：取0.1gkh2po4于磁舟中，并放在管式炉的上风口，将样品也用磁舟盛放置于管式炉的下风口，最终得到的催化剂为fe3o4aufe2pc-9。

综上可得：可以看出在1000次循环前和1000次循环后样品的催化活性基本没有改变，说明该样品的催化稳定性好。

综上所述：本发明提供了一种高效plasmon增强her高效催化剂的制备及性能测试，其有益效果是：通过制备出plasmon增强her的高效her催化剂，大大缓解了铂金属的供应需求，而且制作成本低，利于回收利用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。