[發明專利]一種釕負載的鎳金屬三維碳球電催化劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210448047.9
• 申請日: 2022-04-26
• 公開（公告）號: CN114717599A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 侯陽;王淋;楊彬;雷樂成;李中堅
• 申請（專利權）人: 浙江大學衢州研究院;浙江大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 何秋霞

本發明涉及電催化劑技術領域，公開一種釕負載的鎳金屬三維碳球電催化劑及其制備方法和應用，其制備方法包括步驟：將鎳鹽和均三苯甲酸溶解，向其中加入聚乙烯吡咯烷酮進行水熱反應得到鎳基有機金屬骨架；將其溶解后加入釕鹽溶液進行離子交換得到釕負載的鎳基催化劑；釕負載的鎳基催化劑經過第一熱處理和第二熱處理，得到三維碳球電催化劑。該催化劑骨架中碳包覆鎳金屬且錨定有釕金屬，充分利用碳包覆鎳出色的水解離性質，提高釕氫吸脫附效率，從而提高貴金屬釕的利用率，具有超越一般商業貴金屬催化劑的電催化活性，且長期工作下仍具有較好穩定性。

技術領域

本發明涉及電催化劑技術領域，具體涉及一種釕負載的鎳金屬三維碳球電催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

氫能以其清潔、能量密度高及高效等特點被大家認為是最具應用潛力的能源載體。在現有的各種析氫方法中，電解水制氫技術是被認為是理想的綠色制氫工業，而受到廣泛研究。目前，貴金屬基催化劑(例如Pt基催化劑)是發現是用于析氫反應的有效電催化劑中性能最佳的電催化劑，但考慮到貴金屬的稀缺及昂貴的價格，如何提高催化劑中貴金屬的利用率，并進行高效電解水產氫對于大規模制氫具有極具重要的意義。近年來，許多研究工作致力于開發貴金屬負載型催化劑的設計，如在導電碳載體上負載貴金屬，在過渡金屬化合物上負載貴金屬，以及在而含氧硅納米片上負載貴金屬以代替傳統的貴金屬催化劑，提高貴金屬利用率的同時高效產氫。

在目前報道的貴金屬中，釕金屬由于其媲美鉑基的電解水性能，以及價格較鉑金屬相對較低，而被廣大研究者關注。關于釕金屬負載型催化劑在電解水產氫中的催化性能相關工作也被陸續報道。如公開號為CN113684502A公開了一種以氮摻雜碳材料為載體負載釕催化劑的制備方法，該方法首先以三聚氰胺、木質素或者含有木質素的原生生物質均勻混合，得到氮摻雜碳材料的前驅體，隨后將前驅體在高溫氬氣氛圍下煅燒得到氮摻雜碳材料。將前驅體釕鹽與氮摻雜碳材料均勻混合后烘干,在高溫氫氣氛圍下煅燒得到以氮摻雜碳材料為載體負載釕催化劑。

如公開號為CN110438528A公開了一種改性泡沫鎳負載貴金屬催化劑析氫電極的制備方法，將泡沫鎳先通過預處理，然后以預處理的泡沫鎳作為陽極,以鉑片作為陰極，以銨鹽的醇水混合溶液為電解液,進行陽極氧化再處理,獲得改性泡沫鎳基體，再將改性泡沫鎳基體放置于含有釕元素的前驅體均相溶液中，加熱處理，將釕金屬元素原位生長于改性泡沫鎳表面。Weidong Li等人通過簡單的熱解法制備得到釕納米顆粒負載碳量子點負載型催化劑，在堿性條件下展現出相當商業催化劑的電催化活性(Adv.Mater.2018,30,1800676)。

但目前所報道的負載型催化劑其性能與商業的Pt/C催化劑相比仍有較大的差距，且催化劑中貴金屬含量仍然較高，貴金屬利用率較低。由于貴金屬成本較高，如能保持催化劑催化活性較優異的情況下，進一步降低貴金屬含量，將對其工業化生產非常有利。

發明內容

本發明針對現有技術中貴金屬基電催化劑中貴金屬利用率低，使用量較高，成本較高的缺陷，提供一種釕負載的鎳金屬三維碳球電催化劑，該催化劑中具有碳骨架包覆的鎳金屬和錨定在骨架內部的釕金屬，能夠對析氫反應具有優異的催化活性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種釕負載的鎳金屬三維碳球電催化劑的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，將鎳鹽、均三苯甲酸混合，加入聚乙烯吡咯烷酮，水熱反應得到鎳基有機金屬骨架；

步驟2，將所述鎳基有機金屬骨架溶解后，加入釕鹽溶液進行離子交換得到釕負載的鎳基催化劑；

步驟3，將所述釕負載的鎳基催化劑經過第一熱處理和第二熱處理，得到所述釕負載的鎳金屬三維碳球電催化劑。