[发明专利]一种铂基催化剂、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了铂基催化剂、其制备方法及应用，所述铂基催化剂包括碳骨架及镶嵌在碳骨架中的Pt和MoO₂。所述方法包括：1)以含有铜元素和钼元素的八面体结构金属有机框架材料作为模板，煅烧，得到前驱体，所述前驱体包括碳骨架以及分散在碳骨架内的Cu和MoO₂；2)将所得前驱体分散在铂盐溶液中进行还原反应，得到铂基催化剂。本发明提供一种新颖的催化剂，在提高贵金属利用率的同时解决贵金属的团聚问题，采取一种有效的策略来合成出了低贵金属含量的析氢电催化剂，实现贵金属的极高利用率以及电催化性能的稳定性。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，涉及一种铂基催化剂、其制备方法及应用，尤其涉及一种低贵金属含量的铂基催化剂、其制备方法及在电催化的应用。

背景技术

随着现有能源格局中，煤炭、石油和天然气等传统能源的消耗而面临的能源危机问题，各种新能源及可再生能源的开发和利用日益受到人们的关注。由于氢气具有燃烧热值高、环境友好的优点，氢能源的研究日益成为热点。水电解制氢时工业制备氢气的重要手段，在众多的电解水制氢的催化剂中，贵金属基催化剂具有非常高的电化学活性且稳定性好(尤其是在酸性介质中)，是研究重点之一。然而，贵金属的低丰度和高成本严重限制了它的大规模应用，因此需要提高贵金属的利用效率，降低贵金属在催化剂中用量来解决其成本问题。

目前提高贵金属利用率所采用较多的方法是降低贵金属粒子的尺寸，使其分散成单原子，更多贵金属表面或亚表面的原子可以参与HER的电催化过程，但随之而来的问题是小尺寸产生的高表面能会导致贵金属活性位的聚集，使得贵金属电催化剂在其电催化过程中不稳定。

CN 107308933 A公开了一种高分散贵金属催化剂在电化学析氢反应中的应用，其特征在于，所述高分散贵金属催化剂的制备过程为：以碳水化合物为原料，在过渡贵金属盐存在下，与软模板剂物理混合均匀，然后，在惰性气氛中，先在400～650℃下保温0.5～2h，再升温至700～1200℃煅烧2～12h，得到高分散贵金属催化剂；所述的软模板剂为三聚氰胺、二氰二胺、尿素或单氰。该催化剂在广泛的pH范围内均能表现出优越的催化活性和稳定性，特别是即使在低温条件下，催化剂仍能表现出优良的产氢性能。但是，该发明实施过程需要多步煅烧，煅烧条件苛刻，最终所得催化剂的产氢性能不是十分理想。

因而，有必要提供一种新颖的催化剂，在提高贵金属利用率的同时解决贵金属的团聚问题，采取一种有效的策略来合成出低贵金属含量的析氢电催化剂，实现贵金属的极高利用率以及电催化性能的稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种铂基催化剂、其制备方法及应用。本发明旨在提高贵金属利用率的同时解决贵金属的团聚问题，合成出低贵金属含量的析氢电催化剂，实现贵金属的极高利用率以及电催化性能的稳定性。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种铂基催化剂，所述铂基催化剂包括碳骨架及镶嵌在碳骨架中的Pt和MoO₂。

本发明的铂基催化剂中，Pt粒子和MoO₂粒子均匀分散在碳骨架中，Pt与MoO₂@C在电催化过程中的协同作用，Pt与MoO₂之间的相互作用可以增强Hactivation和H-sillver的驱动力，从而促进整个电催化HER过程的进行。本发明解决了现有技术催化剂中存在的贵金属利用率低以及贵金属粒子团聚的问题，所得铂基催化剂不仅具有极高的Pt利用率，而且可以合成Pt低含量下具有优异催化稳定性的催化剂。

优选地，以所述催化剂的总质量为100％计，所述Pt的质量百分含量为1.5～14％，例如1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、5％、6％、7％、8％、9.5％、10％、11％、12％或13.3％等，优选为8～9％。在优选范围8～9条件下，可以使适度提高贵金属含量提升性能的前提下，不至于因聚集等问题而降低催化活性，从而获得更佳的综合效果。