[发明专利]纳米金刚石/石墨烯负载Pt单原子催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及单原子催化剂制备技术领域，尤其涉及一种纳米金刚石/石墨烯负载Pt单原子催化剂的制备方法。一种纳米金刚石/石墨烯负载Pt单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备纳米金刚石/石墨烯复合材料：将柠檬酸和尿素溶解于去离子水中，加入纳米金刚石粉，依次经过超声混合、微波加热、真空干燥、研磨、高温煅烧处理和研磨后，得到纳米金刚石/石墨烯复合材料。所述纳米金刚石/石墨烯负载Pt单原子催化剂的制备方法，制备得到的催化剂具有高负载率、催化活性好、催化效率高的特点，且制备方法效率高、成本低、制备的质量稳定、工艺简单、无二次污染。

技术领域

本发明涉及单原子催化剂制备技术领域，尤其涉及一种纳米金刚石/石墨烯负载Pt单原子催化剂的制备方法。

背景技术

氢能是一种具有可再生、低污染和能量密度高等优点的清洁能源，其在解决能源危机方面具有巨大的潜力，也是未来着重发展的重要的绿色能源。随着电能成本的逐渐降低，电解水制氢的方法越来越受到人们的重视。因此，探索低成本、高质量的水分解制氢电催化剂对发展可再生清洁燃料具有重要意义，目前贵金属铂(Pt)仍然是电催化剂析氢反应(HER)最活跃的候选物，但高成本和有限的铂储备阻碍了Pt基催化剂的商业化，因此需要在不牺牲HER催化活性的情况下降低Pt负载量，具有孤立催化位点的单原子催化剂为解决上述冲突提供了另一种途径。

相较于传统的纳米催化剂以纳米团簇以及亚纳米团簇作为催化中心，单原子催化剂是由单个原子均匀负载在金属、金属氧化物、二维材料和分子筛等载体上，以单个原子作为催化中心的催化剂，具有较高的稳定性和催化活性。目前在制备石墨烯基单原子催化剂的方法中，常见的制备方法有原子层沉积法(ALD)、浸渍-煅烧法和缺陷捕获法。原子层沉积法(ALD)通过精确控制沉积过程，能够实现催化活性位点的稳定均匀分散，有利于合理设计高性能的催化剂，是近乎原子精度的催化剂制备方法，但其制备条件十分苛刻，成本高、产能低，不利于催化剂的批量生产。浸渍-煅烧法是简便和有效制备负载型催化剂的方法，其对于装置的要求不高，但是对于反应条件要求较高，过高的温度容易使得单原子催化剂发生团聚现象，限制了单原子催化剂的批量生产。缺陷捕获法是有效的制备单原子催化剂的方法，能够充分发挥石墨烯二维限域效应，实现金属原子的大规模分散。但是其对于充当载体的石墨烯有较高的要求，而且在制备过程中需要精确的操作。对于上述三种方法制备石墨烯基单原子催化剂普遍存在材料容易发生团聚、催化效果差、制备要求高、制备效率低的缺点。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种纳米金刚石/石墨烯负载Pt单原子催化剂的制备方法，制备得到的催化剂具有高负载率、催化活性好、催化效率高的特点，且制备方法效率高、成本低、制备的质量稳定、工艺简单、无二次污染，解决了现有石墨烯基单原子催化剂生产方法生产效率低、成本高、制备条件苛刻、无法实现单原子催化剂的批量生产，制备得到的催化剂催化活性差、催化效率低的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米金刚石/石墨烯负载Pt单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1.制备纳米金刚石/石墨烯复合材料：将柠檬酸和尿素溶解于去离子水中，加入纳米金刚石粉，依次经过超声混合、微波加热、真空干燥、研磨、高温煅烧处理和研磨后，得到纳米金刚石/石墨烯复合材料；

S2.制备纳米金刚石/石墨烯复合材料与PtCl₂的结合体：将纳米金刚石/石墨烯复合材料加入PtCl₂溶液中，搅拌混合均匀，得到纳米金刚石/石墨烯复合材料与PtCl₂的结合体；

S3.对纳米金刚石/石墨烯复合材料与PtCl₂的结合体进行多次放电加工，得到初产品；

S4.对初产品进行离心提纯处理，取出后干燥至恒重，制得纳米金刚石/石墨烯复合材料负载Pt单原子催化剂材料。