[發明專利]一種可視化電催化材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210708288.2
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN114892211A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 金玉紅;曾垂濤;郝昌順;周開嶺;張倩倩;劉晶冰;汪浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種可視化電催化材料及其制備方法和應用，屬于電解水催化劑材料技術領域。通過簡單便捷的電沉積法和等離子體增強化學氣相沉積的方法，制備得到生長在銀納米線上的單原子Pt修飾的WO_x的納米復合材料。利用電化學工作站和紫外?可見光分光光度計組合對電解水析氫性能進行可視化測試，通過材料的顏色變化對電解水析氫性能進行可視化表征。

技術領域

本發明涉及一種在銀納米線(Ag NWs)上原位生長的單原子Pt修飾的WO_x納米復合材料Pt-WO_x@Ag NWs的制備方法，屬于電解水催化劑材料技術領域。

背景技術

氫能作為一種清潔、可再生的能源，具有高能量密度，便于儲存運輸和零二氧化碳排放的優點，被視為最理想的能源載體和最有潛力的傳統化石能源的替代能源。電解水制氫是一種將電能轉化為化學能生產高純氫氣的有效技術，被認為是獲得氫能的一種非常有前途、最清潔的方法。然而，電解水的電化學過程是復雜多變的，是涉及正、負極多電子轉移的氧化還原反應過程。現有的用于評價電解水產氫性能的方法如電化學測試分析技術(采用電化學工作站對化學反應過程進行數據記錄和結果分析)和產物分析技術(采用氣相色譜儀對反應產物H₂進行捕獲分析)等容易受測試條件、測試環境和儀器設備精度等外在因素的影響使得測試的結果的不準確，從而影響催化性能的評估和實際生產應用。此外，上述方法均不能直觀地展現出電極表面發生的化學反應過程。目前，可視化的智能設備裝置如電致變色電池(通過直觀的顏色的變化來反應電池充放電過程中的能量儲存水平)、電致變色電容器(通過直觀的顏色變化來顯示電容器的電荷儲存量狀態)以及其它的如電致變色電流預警裝置等已經開始應用于現代化人機交互智能設備中。所以研發一種可視化電催化材料對電解水反應過程實現更高效的性能評估與應用至關重要。WO₃作為最早的陰極電致變色材料，具有容量大、循環穩定性好、著色效率高、響應時間快等特點，表現出了出色的光學性能，但是由于導電性和本征催化活性不高的問題限制了它在電催化領域的應用。雖然目前的一些結構致密化、離子摻雜、材料復合等方法用于修飾，但是已有的大多數制備方法較為復雜，且因制備的材料電壓極化增加或復合相比例過高等問題導致材料自身穩定性變差、光學性能變差等問題。因此，尋找一種兼具優異的電致變色和電解水催化性能的可視化WO₃基催化劑的制備方法是很有挑戰且具有重要意義的。

發明內容

針對現有的技術問題，本發明的首要目的在于提供一種原位生長在銀納米線上的單原子Pt修飾的WO_x的納米復合材料Pt-WO_x@Ag NWs的制備方法。

該方法主要基于光學性能優異的WO₃過渡金屬型催化劑，通過簡單便捷的電沉積法和等離子體增強化學氣相沉積的方法，制備得到生長在銀納米線上的單原子Pt修飾的WO_x的納米復合材料，包括如下：

(1)含Ag NWs載玻片的制備：

首先制備銀納米線，優選：將含有1.0克聚乙烯吡咯烷酮、1.0克硝酸銀和10.0毫克的氯化鐵均勻分散的乙二醇溶液置于110℃的常壓油浴下反應12小時，自然冷卻至室溫后用丙酮、乙醇分別洗滌后分散在乙醇中；

采用噴墨打印技術將乙醇分散的銀納米線均勻噴涂在載玻片上得到含有Ag NWs的載玻片；

(2)含WO_x@Ag NWs載玻片的制備：