[發明專利]一種用于酸性氫析出反應的碳擔載鉑鈷銠納米棒狀催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201911381086.6
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111111690B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 宋玉江;高蕊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/02;B01J35/10;C25B1/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 毛薇;周媛媛

本發明公開了一種用于酸性氫析出反應的碳擔載鉑鈷銠納米棒狀催化劑及其制備方法與應用，屬于電催化劑技術領域。本發明通過溶劑熱法并引入氣體保護，制備得到均勻分散且直徑較小的鉑鈷銠金屬納米棒狀晶體，多次離心清洗以獲得清潔表面，并最終得到低貴金屬載量(10～20wt％)的電催化劑，所制備的擔載型催化劑為鉑鈷銠納米棒狀晶體均勻分散在碳載體表面。本發明所得到的納米晶體直徑較小，尺寸均一性和分散性好，并具有較高的電化學活性比表面積和本征活性，較優異的電催化活性，適用于酸性水電解陰極氫析出反應。

技術領域

本發明屬于電催化劑技術領域，涉及一種用于酸性氫析出反應的碳擔載鉑鈷銠納米棒狀催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

目前全球的能源與環境問題日益嚴峻，開發環境友好且可持續的能源并對其進行清潔高效零排放的利用，是目前全球能源技術發展的重要方向。氫能就是這樣一種綠色清潔的能源，水電解產氫技術能夠將目前已開發的可再生但間斷性能源(如太陽能、風能)轉化為氫氣實現能源的存儲，極大程度降低由于自然資源產能過剩造成的損失，為消納這幾類清潔能源做出貢獻，同時其產生的高純氫氣可用于燃料電池陽極側，有效避免工業氫氣中一氧化碳等氣體對燃料電池催化劑的毒化。此外，電網產生的多余電力也可通過水電解技術轉換為氫能，之后氫氣通過其他的能源反應裝置(如燃料電池等)轉化為可直接利用的能源形勢。對于酸性水電解技術而言，陽極接直流電源的正極，并通入液態水，發生氧析出反應(2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂)，產生的H⁺通過質子交換膜傳遞到陰極側，陰極接直流電源負極，發生氫析出反應(4H⁺+4e^-→2H₂)獲得高純氫氣。但水電解池陰陽極兩側反應的過電位較高，同時陰極氫析出側反應使用貴金屬Pt價格昂貴且資源短缺，因此需要開發高性能且低鉑的氫析出催化劑，減少氫析出反應過電位的同時，降低Pt的用量并提高貴金屬的利用率。

Shi等采用低溫水相硼氫化鈉(NaBH₄)共還原反應制備得到Pt₅₃Ru₃₉Ni₈全金屬電催化劑，通過還原劑原位形成的大量氫氣泡合成多孔海綿狀結構。該方法能夠簡單快捷制備得到金屬電催化劑，但是該催化劑形貌較差，對氫析出催化性能的提升較小(Journal ofColloid and Interface Science，2017，505，14-22)。Shan等采用多元醇共還原法，將金屬鹽前驅體加入乙二醇中，通過高溫熱回流的方法獲得過渡金屬(Co、Ni、Fe等)摻雜的釕(Ru)銥(Ir)納米晶。該催化劑能通過過渡金屬摻雜大幅度提高RuIr合金納米晶的電解水能力，但其在用于氫析出測試中的載量較高，故單位活性位點的本征活性較低，不利于減少催化劑的用量(Advanced Materials，2019，31(17)，1900510).

H·戴等通過加入合適的多孔基質，誘導金屬或混合金屬氫氧化物前體在低壓退火下分解為金屬氧化物/金屬異質結構，但該異質結構催化劑主要用于堿性氫析出反應，且相較于商業Pt/C電催化劑還有較大差距(H·戴，M·龔，里蘭斯坦福初級大學理事會，申請號：201580048035.5)。邢巍等將鎳源、銨源等混合分散得到第一復合材料，后將其載在支撐體上進一步反應得到第二復合材料，再添加磷源、硫源反應得到氫析出的磷化鎳催化劑，其中硫摻雜可以有效抑制硫化鎳表面被氧化，且直接將催化劑生長在集流體上，有利于增加電導率，并在同類非貴金屬電催化劑中展現出較優異的性能，但相比于商業Pt/C電催化劑還有待進一步提升(邢巍，常進法，李國強，劉長鵬，葛君杰，李晨陽，梁亮，張弘，中國科學院長春應用化學研究所，申請號：201710703167.8)。此外，還未見報道相關低貴金屬納米棒狀電催化劑適用于酸性水電解的陰極氫析出反應。

綜上所述，已報道的文章或專利中氫析出電催化劑形貌均一性較差，或本征活性較低，且非貴金屬電催化劑相比于商業Pt/C電催化劑性能還有部分差距。

發明內容