[發明專利]一種多金屬配對堿性催化劑的制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011270289.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112371119B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 劉敏;李黃經緯;劉康
• 申請（專利權）人: 中南大學深圳研究院
• 主分類號: B01J23/652
• 分類號: B01J23/652;C25B1/04;C25B3/26;C25B11/095;C25B11/091
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于化學電催化技術領域，特別涉及一種高效多金屬配對堿性催化劑的制備方法與應用。將過渡金屬前驅體與含碳化合物混合進行水熱處理，并高溫氧化反應形成金屬氧化物，之后與另一種過渡金屬前驅體在惰性氣氛下進行高溫聚合，得到多金屬催化劑形成通過氧原子形成金屬配對金屬(M1?O?M2)材料。本發明選擇含有金屬化合物的前驅體與含碳化合物進行水熱，之后高溫氧化得到金屬氧化物，再通過與其他金屬前驅體簡單混合后進行熱聚處理，有效防止了催化活性結構的破壞，高效制備了多金屬配對堿性催化劑，并表現出良好的性能。該種技術路線簡單并有效、具有普適性，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于化學電催化技術領域，特別涉及一種高效多金屬配對堿性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。氫能作為一種綠色清潔的能源，從水中電解產氫是滿足當前和未來對可再生電力儲存日益增長的需求的最有希望的方法之一。工業氫主要是通過在堿性溶液中電解水來生產，包括陰極析氫反應(HER)和陽極析氧反應(OER)。析氫效率取決于在兩個電極上使用的電催化劑的活性。阻礙高效體系發展的主要問題之一是在堿性溶液中緩慢的反應動力學，需要使用具有較低過電位的催化劑來驅動氫反應。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。因此，設計和制備高性能堿性HER催化劑具有重要意義。

Wang等采用低溫水相氯鉑酸還原反應制備得到Pt–O–Ce金屬配對電催化劑，通過不同濃度形成不同厚度的Pt原子層。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，只應用在一氧化碳氧化中(Nature?Communication?2019,10,3808.)。Pereira等采用浸濕法，將金屬鹽前驅體加入高溫焙燒。該催化劑能通過Pt-O-Pt大幅度提高解一氧化碳氧化能力，但其容易在多部位形成納米顆粒，不利于減少催化劑的用量(Nature?Communication?2019,10,1358.)。Dinh等通過熱分解的方法，直接用金屬鹽制作Cr-O-Ni作為中性海水氫析出反應，但其基底容易氧化，不穩定(Nature?Energy?2018,4,107.)。此外，還未見報道相關多金屬配對催化劑適用于堿性陰極氫析出反應和二氧化碳還原研究。

綜上所述，已報道的文獻中多金屬配對催化劑形貌均一性較差，或本征活性較低，且基底容易氧化。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高效多金屬配對堿性催化劑的制備方法與應用，通過氧原子形成金屬配對金屬(M1-O-M2)材料，其技術路線簡單并有效、具有普適性，可應用于電催化析氫及二氧化碳還原等各類型反應。

為了實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：

一種多金屬配對堿性催化劑的制備方法，將過渡金屬前驅體與含碳化合物混合進行水熱處理，并高溫氧化反應形成金屬氧化物，之后與另一種過渡金屬前驅體在惰性氣氛下進行高溫聚合，得到多金屬催化劑形成通過氧原子形成金屬配對金屬(M1-O-M2)材料。

所述的多金屬配對堿性催化劑的制備方法，過渡金屬前驅體為能夠形成高溫下穩定結構的化合物，采用金屬化合物、金屬鹽之一種或兩種以上，含碳化合物為碳單質、含碳無機物、含碳有機物之一種或兩種以上。

所述的多金屬配對堿性催化劑的制備方法，過渡金屬前驅體為鉬酸銨、乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮鈷中的一種或兩種以上；碳單質為活性炭、納米碳球和碳納米管中的一種或兩種以上，含碳有機物為三聚氰胺、尿素、蔗糖和葡萄糖中的一種或兩種以上。

所述的多金屬配對堿性催化劑的制備方法，過渡金屬前驅體和含碳化合物之間的質量比在0.5～5之間。