1T相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂及其制备方法和应用

本申请涉及电化学催化领域，具体涉及一种1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能是高效清洁能源的典型代表。在制氢技术中，电解水制氢技术具有工作电流密度高、工艺简单、产氢纯度高等优点，是未来工业化可持续制氢技术的重要发展方向。为提高析氢反应(her)效率，通常使用高效贵金属催化剂pt、ir等来克服高的活化能形成的动力学障碍，即降低阴极反应过电位(ηc)。其中，pt/c材料是her催化材料的性能标杆。由于这类贵金属材料地壳储量稀少、价格昂贵，严重限制了大规模工业化应用。但非贵金属基的催化剂又难以实现制氢的高效性，且稳定性也不佳。因此，需要开发在贵金属减量化的同时能够高效、稳定制氢的催化材料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂及其制备方法，使得所述电催化剂能够加快析氢反应速率，在提高电解水制氢的能量转换效率的同时，降低贵金属用量；

2、本申请的另外一个目的在于提供上述电催化剂在制氢中的应用，所述应用包括但不限于制氢方法、制氢装置等。

3、为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，作为本申请的第一个方面，提供了一种1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂，其为高熵氧化物ir1/3fexcoynizw1/3o2；0＜x＜1/3，0＜y＜1/3，0＜z＜1/3，且x、y、z之和为1/3。

4、可选地，所述1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂的厚度为3nm～10nm。

5、作为本申请的第二个方面，提供了所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂的制备方法，包括：

6、s1.按照高熵氧化物ir1/3fexcoynizw1/3o2中原子比称取ir源、fe源、co源、ni源、w源，与koh研磨，得到前驱体粉末；

7、s2.对所述前驱体粉末进行气固相反应，在反应系统中充入氧气并施加恒压，使前驱体粉末形成1t相高熵氧化物ir1/3fexcoynizw1/3o2二维结构纳米片。

8、可选地，所述ir源、fe源、co源、ni源、w源包括各金属离子的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐，以及这些金属盐的水合物中的一种或两种以上。进一步可选地，所述金属离子包括ir3+、fe3+、co2+、ni2+和w6+。

9、可选地，所述气固相反应中，恒压压强为10-20mpa，反应温度为700-900℃。

10、作为本申请的第三个方面，提供了所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂在制氢中的应用或在制备制氢装置中的应用。

11、作为本申请的第四个方面，提供了一种制氢方法，以设置有本申请所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂的电极为工作电极，配合对电极和参比电极，在电解液中电解析氢。

12、作为本申请的第五个方面，提供了一种制氢的电极，其设置有本申请所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂。

13、作为本申请的第六个方面，提供了一种制氢的装置，包括本申请第五个方面所述的电极，以及选自对电极、参比电极、电解液槽和电解液中的一种或两种以上的组成部分。

14、1t相二维结构催化材料为亚稳相结构，具有较高的催化活性，同时二维结构催化材料具有较大的催化反应面积及丰富的催化活性位点。ir基催化剂虽然具有较为优异的her催化活性，但贵金属ir地壳储量稀缺、价格昂贵。本申请在1t相二维结构形成的基础上，引入过渡金属fe、co、ni，形成高熵氧化物材料。由于多金属的引入，导致晶格缺陷的产生，形成较多的界面、以提供更多的催化反应活性位点。此外，引入非贵金属元素后，可一定程度上降低贵金属ir的使用量，有利于提高贵金属利用率。

技术特征：

1.一种1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂，其特征在于，其为高熵氧化物ir1/3fexcoynizw1/3o2；0＜x＜1/3，0＜y＜1/3，0＜z＜1/3，且x、y、z之和为1/3。

2.根据权利要求1所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂，其特征在于，厚度为3nm～10nm。

3.权利要求1所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述ir源、fe源、co源、ni源、w源包括各金属离子的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐，以及这些金属盐的水合物中的一种或两种以上。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述金属离子包括ir3+、fe3+、co2+、ni2+和w6+。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述气固相反应中，恒压压强为10-20mpa，反应温度为700-900℃。

7.权利要求1或2所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂在制氢中的应用或在制备制氢装置中的应用。

8.一种制氢方法，其特征在于，以设置有权利要求1或2所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂的电极为工作电极，配合对电极和参比电极，在电解液中电解析氢。

9.一种制氢的电极，其特征在于，设置有权利要求1或2所述的1t相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂。

10.一种制氢的装置，其特征在于，包括权利要求9所述的电极，以及选自对电极、参比电极、电解液槽和电解液中的一种或两种以上的组成部分。

技术总结本申请涉及电化学催化领域，公开了一种1T相二维结构高熵氧化物纳米片电催化剂及其制备方法和应用，该电催化剂为高熵氧化物Ir1/3FexCoyNizW1/3O2；0＜x＜1/3，0＜y＜1/3，0＜z＜1/3，且x、y、z之和为1/3。1T相二维结构催化材料为亚稳相结构，具有较高的催化活性，同时二维结构催化材料具有较大的催化反应面积及丰富的催化活性位点。本申请在1T相二维结构形成的基础上，引入过渡金属Fe、Co、Ni，形成高熵氧化物材料。由于多金属的引入，导致晶格缺陷产生，形成较多界面、以提供更多催化反应活性位点。此外，引入非贵金属元素后，一定程度上降低贵金属Ir的使用量，有利于提高贵金属利用率。技术研发人员：郭瑞琪,王佳洁,盛敏奇,曹燚,吕凡受保护的技术使用者：苏州大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17