[发明专利]一种铂基高熵合金纳米线催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铂基高熵合金纳米线催化剂及其制备方法，该铂基高熵合金纳米线催化剂包括碳载体以及负载于碳载体上的多元铂基高熵合金纳米线，含有5‑10种元素，各元素的摩尔比在5‑35％之间，具有面心立方晶格(FCC)单相固溶体结构以及一维形貌特征，线直径处于亚纳米或纳米尺寸；该制备方法将金属盐前驱体与表面活性剂/还原剂溶于油胺溶剂中，通过控制金属盐前驱体与表面活性剂/还原剂的浓度、超声分散程度、升温速率、反应温度及反应时间等条件，能较为精确地调控多元铂基高熵合金纳米线形成过程的反应动力学，反应条件温和、操作简单，制得的铂基高熵合金纳米材料微观结构可控，在铂基多金属合金研究中具有重要意义。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种铂基高熵合金纳米线催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气(H₂)重量轻、热值高(石油的3倍、煤炭的4.5倍)和清洁环保，是理想的绿色战略能源，如何实现氢气的清洁制备和利用成为当前推动实现碳达峰、碳中和目标的重要任务。利用可再生能源进行电/光化学制氢由于简便可行、全过程无污染的特点，受到了广泛关注。然而，目前工业上采用的电解水制氢催化剂是铂/碳催化剂，其本征活性较低，并且伴随反应发生颗粒易积聚导致低催化稳定性。因此，开发具有优异催化活性和稳定性的制氢催化材料迫在眉睫。

将铂与过渡金属M合金能够有效地调节析氢过程中金属表面原子与H*中间体的吸附能，但传统的合金策略局限于二元和少量三元合金，合金原子的成分范围有限，导致对铂的电子结构调控和吸附能优化能力受限，催化活性难以实现最大化。随着元素种类的增加，合金材料的混合熵也不断增大，将元素种类增至五种及五种以上时，则会形成高熵合金，多成分复杂表面存在的大量独特的结合位点为获得一个接近连续的吸附能分布提供了可能，并且其晶格畸变引起的应变效应对催化活性具有积极作用。同时，迟滞扩散效应有利于结构及成分的保持，使高熵合金析氢材料在严苛工作环境中展现出优越的耐久性。

近年来，虽然高熵合金纳米材料的制备已取得了一定进展，但已报道的碳热冲击法、纳米液滴介导电沉积法及脱合金等策略对制备条件要求苛刻，增加了操作过程的复杂程度，使得催化材料结构难以精确控制。而在低熵合金中显示巨大潜力的湿化学制备方法，由于各原子还原电势和热分解温度等差异，需要克服混合多种元素的动力学障碍避免合金过程的相分离，目前也只实现了对零维高熵纳米颗粒成分和尺寸的调控，对精细结构的调控鲜有报道。鉴于在纳米尺度上混合多种元素的难度很大，关于铂基高熵材料制备方法的研究十分匮乏。因此，现阶段亟需发明一种操作简单、结构可控的铂基高熵合金纳米材料的制备方法。

发明内容

因此，为达上述目的，本发明意在提供一种铂基高熵合金纳米线催化剂及其制备方法，该铂基高熵合金纳米线催化剂高效稳定、具有优异电催化性能，其制备方法简易可行、便于大批量生产。

其中，一方面，本发明提供一种铂基高熵合金纳米线催化剂，其铂基高熵合金纳米线催化剂包括碳载体以及负载于碳载体上的多元铂基高熵合金纳米线，多元铂基高熵合金纳米线含有5-10种元素，各元素的摩尔比在5-35％之间，具有面心立方晶格(FCC)单相固溶体结构以及一维形貌特征，线直径处于亚纳米或纳米尺寸；其中，5-10种元素包括铂元素、钼元素，以及铱元素、铑元素、钌元素、镍元素、钴元素、铁元素、锰元素和铬元素中的至少三种。

作为本发明的一种优选，多元铂基高熵合金纳米线为五元铂基高熵合金纳米线、六元铂基高熵合金纳米线、七元铂基高熵合金纳米线、八元铂基高熵合金纳米线、九元铂基高熵合金纳米线或十元铂基高熵合金纳米线。

作为本发明的一种优选，多元铂基高熵合金纳米线的长度为30-200nm，其线直径为0.8-1.5nm。

其中，另一方面，针对上述铂基高熵合金纳米线催化剂，本发明继而提供一种用于制备其的制备方法，该制备方法包括以下步骤：