一种Ir,Cr双元素掺杂调控的MoO2纳米颗粒及其合成方法

本发明属于清洁可持续新型能源制备应用领域，特别涉及双元素掺杂的moo2纳米球及其合成方法，并将其电催化分解水方面的应用。

背景技术：

1、碳基化石燃料一直是全球能源的主要来源。化石燃料的燃烧导致了严重的环境问题，如生态破坏、空气污染和全球变暖。这些问题促使人们普遍致力于利用太阳能、风能和水力发电等可持续能源发电随着人们不断探索和利用新的可持续能源材料，氢能由于高燃烧热值，清洁无污染以及储量丰富进入大众视野，发展氢能源能够实现真正的清洁无污然可持续发展。

2、对于水电解过程，是由阴极析氢反应和阳极析氧反应，这两个半反应实现的，在酸性和碱性中各过程有所不同，但对于水电解，效率主要取决于阳极的析氧反应(oer)，因为oer在动力学上比阴极的析氢反应(her)更慢。由于oer在水电解中的主导作用，致力于发现更好的oer催化剂便十分重要。

3、相较于碱性电解水技术占地体积大，制得氢气纯度低，电流密度小等缺点，目前质子交换膜(pem)由于产氢速率高，产品纯度高等优点成为水电解是最有前途的制氢技术之一。但是目前缓慢的酸性oer反应是pem电解槽的瓶颈，是制约pem效率的关键因素，因此我们需要开发高效且稳定的酸性oer电催化剂。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒及其合成方法

2、一方面，本发明所述的ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒包括cr原子置换mo原子的cr-moo2纳米颗粒基体和从其表面析出的高分散ir的纳米粒子，所述cr的含量在4.9wt％～5.3wt％之间，纳米颗粒基体直径在30-50nm之间。高度分散ir的纳米粒子直径在5-8nm之间。由于ir,cr与mo的强相互作用，并且cr原子置换了moo2晶格里的mo原子，造成晶格收缩。这些使得ir,cr,mo原子周围的电子分布重排，进而优化催化过程中的反应势垒，提高分解水性能。与此同时，高价mo的存在增强了催化剂在酸性条件下的稳定性。

3、另一方面，本发明主要通过水热过程中多组分协同调控，在cr-moo2纳米颗粒基体的表面析出的高分散ir的纳米粒子。实现了局域电子的重新分布，大幅度提升了在酸性条件下分解水催化的活性。具体为：

4、(1)将含有前驱体溶液的高压釜内衬中进行水热反应，所述前驱体溶液为：将0.2-0.3mmolc10h14moo6、0.03-0.05mmol c15h24cro6和5mg ircl3溶于乙醇与水的混合溶液；150-190℃范围内水热反应20小时后，用去离子水和乙醇清洗，以去除表面的吸附杂质，得到ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒；

5、优选的，所述步骤1中，c10h14moo6与c15h24cro6的质量比为4-5，可以有效形成性能优异的ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒。

6、本发明的有益效果是：通过一步水热法合成了ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒，并将其用于电催化分解水。所得到的ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒性能达到在10ma cm–2的电流密度下过电位为275mv，在10ma cm-2条件下可连续稳定运行145小时以上。

技术特征：

1.一种ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒，包括cr-moo2基底和从所述cr-moo2基底表面原位析出的ir的纳米粒子，所述ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒中的cr的含量在4.5wt％～5.4wt％之间，ir纳米粒子直径在4-7nm之间。

2.一种ir,cr双元素掺杂的moo2纳米颗粒的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述步骤2中，c10h14moo6与c15h24cro6的质量比为4-5。

技术总结
本发明公开了一种Ir,Cr双元素掺杂的MoO<subgt;2</subgt;纳米颗粒的合成方法并将其应用于酸性电催化分解水，获得了较为优秀的催化性能。本发明主要通过一步水热法中多组分协同调控，在Cr‑MoO<subgt;2</subgt;基底表面表面原位析出高分散的Ir的纳米粒子。通过一步水热的方法，在控制水热过程温度及时间的同时，控制乙酰丙酮铬和氯化铱的含量，成功的在合成Cr掺杂的MoO<subgt;2</subgt;的同时在其表面上析出Ir的纳米粒子。在酸性条件下对于材料的分解水性能进行了测试。本发明成功的合成了一种Ir,Cr双元素掺杂的MoO<subgt;2</subgt;纳米微球，并在其表面析出的Ir的纳米粒子来提高电解水的催化活性。

技术研发人员：崔小强,王乐知,王德文,许天翊,王君与
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22