[发明专利]一种复合催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种复合催化剂及其制备方法与应用，其中，所述复合催化剂包括MXene基底、负载在所述MXene基底表面的掺杂有非金属原子的二硫化铼纳米片以及负载在所述掺杂有非金属原子的二硫化铼纳米片上的铂单原子。负载铂单原子可以实现高的原子利用效率，大大减少铂的用量，节约成本。二硫化铼纳米片具有较大的表面积，可以容纳更多的铂原子，对二硫化铼纳米片进行非金属原子掺杂可以增加其活性位点的数量、提高其电导率和捕获质子的能力。引入MXene材料提高二硫化铼纳米片活性位点的数量和电导性。MXene基底及负载在MXene基底表面的掺杂有非金属原子的二硫化铼纳米片整体作为铂单原子的载体来实现铂单原子的负载，使得复合催化剂具有优异的电催化性能。

技术领域

本发明涉及催化领域，尤其涉及一种复合催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

能源和环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题，全球80％的能量需求来源于化石燃料，这最终必将导致化石燃料的枯竭，而其使用也会导致严重的环境污染。从利用化石燃料逐步转向利用可持续发展且无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一，也是重要的化工原料，受到世界各国广泛的重视。相比于其他制氢方式，电催化析氢因制备方法简单，效率高且产物纯净而备受青睐。

商业Pt/C作为最好的析氢催化剂具有较低的过电位、较小的Tafel斜率以及较高的电流密度，但高昂的价格和稀缺的储量严重制约了其大规模的商业应用。因此，急需开发出一种具有优异电催化性能的催化剂来减少Pt的用量甚至取代商业Pt/C。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合催化剂及其制备方法与应用，旨在解决现有商业Pt/C催化剂的价格昂贵无法进行大规模商业应用的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种复合催化剂，其中，所述复合催化剂包括MXene基底、负载在所述MXene基底表面的掺杂有非金属原子的二硫化铼纳米片以及负载在所述掺杂有非金属原子的二硫化铼纳米片上的铂单原子。

可选地，所述MXene基底、掺杂有非金属原子的二硫化铼纳米片、铂单原子的质量比为(10-20)：(2-6)：(0.26-4)。

可选地，所述非金属原子选自N原子、B原子、F原子中的一种或多种。

可选地，所述MXene基底选自Mo₂CT_x基底、Ti₃C₂T_x基底、Ti₂CT_x基底、Cr₂CT_x基底和V₂CT_x基底中的一种或多种。

本发明的第二方面，提供一种本发明所述的复合催化剂的制备方法，其中，包括步骤：

将MXene、过铼酸盐、含硫化合物、离子液体加入到水中，得到混合溶液；

将所述混合溶液在100-300℃的温度下反应5-7h；

将反应后得到的产物和H₂PtCl₆·6H₂O加入到有机溶剂中，进行搅拌、离心、干燥，得到复合催化剂前体；

将所述复合催化剂前体置于还原性气体气氛下进行还原反应，得到所述复合催化剂。

可选地，所述过铼酸盐选自过铼酸铵、过铼酸钠中的一种或两种。

可选地，所述含硫化合物选自硫脲、硫代乙酰胺中的一种或两种。

可选地，所述离子液体选自1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或多种。