[發(fā)明專利]一種復合催化劑及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113481528B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 張嘉恒;易明杰;李娜;朱振業(yè);馬佳鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學（深圳）
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/054;C25B11/067;C25B11/069;C25B1/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 朱陽波

本發(fā)明公開一種復合催化劑及其制備方法與應用，其中，所述復合催化劑包括MXene基底、負載在所述MXene基底表面的摻雜有非金屬原子的二硫化錸納米片以及負載在所述摻雜有非金屬原子的二硫化錸納米片上的鉑單原子。負載鉑單原子可以實現(xiàn)高的原子利用效率，大大減少鉑的用量，節(jié)約成本。二硫化錸納米片具有較大的表面積，可以容納更多的鉑原子，對二硫化錸納米片進行非金屬原子摻雜可以增加其活性位點的數(shù)量、提高其電導率和捕獲質(zhì)子的能力。引入MXene材料提高二硫化錸納米片活性位點的數(shù)量和電導性。MXene基底及負載在MXene基底表面的摻雜有非金屬原子的二硫化錸納米片整體作為鉑單原子的載體來實現(xiàn)鉑單原子的負載，使得復合催化劑具有優(yōu)異的電催化性能。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及催化領域，尤其涉及一種復合催化劑及其制備方法與應用。

背景技術(shù)

能源和環(huán)境是人類社會可持續(xù)發(fā)展涉及的最主要問題，全球80％的能量需求來源于化石燃料，這最終必將導致化石燃料的枯竭，而其使用也會導致嚴重的環(huán)境污染。從利用化石燃料逐步轉(zhuǎn)向利用可持續(xù)發(fā)展且無污染的非化石能源是發(fā)展的必然趨勢。氫是理想的清潔能源之一，也是重要的化工原料，受到世界各國廣泛的重視。相比于其他制氫方式，電催化析氫因制備方法簡單，效率高且產(chǎn)物純凈而備受青睞。

商業(yè)Pt/C作為最好的析氫催化劑具有較低的過電位、較小的Tafel斜率以及較高的電流密度，但高昂的價格和稀缺的儲量嚴重制約了其大規(guī)模的商業(yè)應用。因此，急需開發(fā)出一種具有優(yōu)異電催化性能的催化劑來減少Pt的用量甚至取代商業(yè)Pt/C。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種復合催化劑及其制備方法與應用，旨在解決現(xiàn)有商業(yè)Pt/C催化劑的價格昂貴無法進行大規(guī)模商業(yè)應用的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的第一方面，提供一種復合催化劑，其中，所述復合催化劑包括MXene基底、負載在所述MXene基底表面的摻雜有非金屬原子的二硫化錸納米片以及負載在所述摻雜有非金屬原子的二硫化錸納米片上的鉑單原子。

可選地，所述MXene基底、摻雜有非金屬原子的二硫化錸納米片、鉑單原子的質(zhì)量比為(10-20)：(2-6)：(0.26-4)。

可選地，所述非金屬原子選自N原子、B原子、F原子中的一種或多種。

可選地，所述MXene基底選自Mo₂CT_x基底、Ti₃C₂T_x基底、Ti₂CT_x基底、Cr₂CT_x基底和V₂CT_x基底中的一種或多種。

本發(fā)明的第二方面，提供一種本發(fā)明所述的復合催化劑的制備方法，其中，包括步驟：

將MXene、過錸酸鹽、含硫化合物、離子液體加入到水中，得到混合溶液；

將所述混合溶液在100-300℃的溫度下反應5-7h；

將反應后得到的產(chǎn)物和H₂PtCl₆·6H₂O加入到有機溶劑中，進行攪拌、離心、干燥，得到復合催化劑前體；

將所述復合催化劑前體置于還原性氣體氣氛下進行還原反應，得到所述復合催化劑。

可選地，所述過錸酸鹽選自過錸酸銨、過錸酸鈉中的一種或兩種。

可選地，所述含硫化合物選自硫脲、硫代乙酰胺中的一種或兩種。

可選地，所述離子液體選自1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中的一種或多種。