[发明专利]一种贵金属@Pd外延异质结构电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及新能源材料技术领域，具体为一种贵金属@Pd外延异质结构电催化剂及其制备方法和应用,所述贵金属@Pd外延异质结构电催化剂的贵金属纳米团簇被纳米限域在Pd纳米片上。通过外延生长方法制备了一种异质结构贵金属@Pd电催化剂，在Pd纳米片上形成了纳米限域的贵金属纳米团簇，表现出优异的HOR性能。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，具体为一种贵金属@Pd外延异质结构电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

氢能经济作为化石燃料技术的可行替代品，已经引起了人们的广泛关注，它可以有效地缓解环境污染和能源危机。氢经济包括两个重要的反应:析氢反应(HER)和氢氧化反应(HOR)。随着制氢技术的飞速发展，如何有效利用氢气越来越受到人们的重视。同时，氢燃料电池是最有前途的氢利用技术之一。与商业化质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比，阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)由于其独特的优点引起了人们广泛的关注。例如，人们已经研发出具有与Pt催化剂活性相匹配且稳定性较好的非贵金属催化剂，用于阴极的氧还原反应。然而，阳极HOR缓慢的反应动力学阻碍了AEMFCs的发展。因此，设计具有高活性和高稳定性的电催化剂对提高HOR具有重要意义。

现有技术中，Pd在常用的碱性电解质中是非常稳定的。通过利用表面非原子级平整的超薄钯纳米片，制备原子级分散的Ru负载的超薄纳米带双金属纳米催化剂，实现了选择性氢化反应的高效生产。Ir-Pd蠕虫状纳米线和纳米四面体具有较高的OER性能，其活性是商用Ir/C催化剂的五倍以上。然而，发明人发现，虽然现有技术已经对于Ir/Pd催化剂进行了大量的研究，但是，目前的Ir/Pd催化剂在电催化HOR反应过程中的稳定性仍然较差，无法实现高催化活性的同时兼顾较高的稳定性。这可能是小尺寸金属由于较高的表面能在反应过程种容易出现严重的团聚现象，从而大幅度降低其稳定性。因此，同时提高电催化剂活性和稳定性仍然具备一定的挑战。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本公开提供了一种贵金属@Pd外延异质结构电催化剂及其制备方法和应用。通过外延生长方法制备了一种异质结构贵金属@Pd电催化剂，在Pd纳米片(NSs)上形成了纳米限域的贵金属纳米团簇(NCs)，获得大量的稳定结构，表现出优异的HOR性能。

具体地，本公开的技术方案如下所述：

在本公开的第一方面，一种贵金属@Pd外延异质结构电催化剂，贵金属纳米团簇被纳米限域在Pd纳米片上。

在本公开的第二方面，一种贵金属@Pd外延异质结构电催化剂的制备方法，采用乙二醇还原法制备贵金属@Pd外延异质结构电催化剂。

在本公开的第三方面，贵金属@Pd外延异质结构电催化剂和/或一种贵金属@Pd外延异质结构电催化剂的制备方法得到的产品在新能源材料领域中的应用。

本公开中的一个或多个技术方案具有如下有益效果：

(1)、在Pd纳米片上形成了纳米限域的贵金属纳米团簇，获得大量的稳定结构。

(2)、具体实施方式中，实验结果表明，亲氧的Ir纳米团簇可促进OH_ads物质的吸附，而OH_ads物质可与吸附在Pd NCs上的氢中间体(H_ads)进一步反应。Ir@Pd电催化剂具有出色的HOR性能。结合实验和理论计算结果表明，Ir@Pd电催化剂优异的催化性能归因于Ir-Pd界面具有对氢吸附和氢氧吸附的最佳平衡能力。此外，Ir@Pd异质结构电催化剂在0.1V(vs.RHE)下表现出较好的稳定性(10h)，且电流密度和结构基本不变。优异的稳定性归因于Ir纳米团簇在Pd纳米片上外延生长。