[发明专利]适合规模化生产的铂基电催化剂及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202111676649.1 申请日: 2021-12-31
公开(公告)号: CN114293219B 公开(公告)日: 2023-04-07
发明(设计)人: 孙春文;张桐瑞 申请(专利权)人: 中国矿业大学(北京)
主分类号: C25B11/069 分类号: C25B11/069;C25B11/081;C25B1/04
代理公司: 北京中知星原知识产权代理事务所(普通合伙) 11868 代理人: 艾变开
地址: 100083 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 适合 规模化 生产 铂基电 催化剂 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明涉及适合规模化生产的铂基电催化剂及其制备方法和应用,其中,所述铂基电催化剂包括多金属氧酸盐改性的导电炭黑以及负载在其上的铂活性成分。铂基电催化剂具有提高的原子利用率和电催化性能,降低了催化剂的成本,并且难以团聚,提升了催化剂的稳定性。本发明的制备方法,制备工艺简单绿色,无需复杂的反应设备与苛刻的反应条件,极大地提高了铂活性成分的利用率,并降低了铂基电催化剂的生产成本。

技术领域

本发明涉及适合规模化生产的铂基电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源短缺和严重的环境危机是当今人类面临的两大挑战。氢气(H2)被视为下一代电源的潜在能源。电解水中的析氢反应(HER)被广泛认为是生产高热值清洁氢气燃料的必要途径。对于铂物种而言,氢在平衡电位下的吸附能接近于零,这是其具有优异HER性能的原因[1]。到目前为止,由碳载体负载的铂纳米颗粒组成的商业铂碳(Pt/C)表现出最小的过电位和快速动力学。因此,它被认为是HER最有效的基准催化剂。然而,高昂的成本阻碍了它们的广泛应用。据报道,商业Pt/C催化剂上的Pt纳米颗粒尺寸约为3-4nm[2]。为了提高贵金属利用效率并降低成本,缩小颗粒尺寸是一种有效的策略。

由于最大的原子经济性,单原子催化剂受到了广泛关注,将电催化活性提高到了前所未有的水平[3]。然而,由于表面能的急剧增加,在制备和催化反应过程中单原子团聚会导致材料不稳定甚至失活[4]。为了克服这一困难,近年来研究人员开发了空间限域策略[5-6]、构建配位点策略[7-8]、设计缺陷策略[9-10]。然而由于制备条件苛刻、工艺复杂,尚不能实际应用到工业生产。因此,迫切需要设计和开发制备简单,铂利用率高,稳定性好的铂基催化剂,以满足工业需求。

[1]Liu,D.;Li,X.;Chen,S.;Yan,H.;Wang,C.;Wu,C.;Haleem,Y.A.;Duan,S.;Lu,J.;Ge,B.;Ajayan,P.M.;Luo,Y.;Jiang,J.;Song,L.,Atomically dispersed platinumsupported on curved carbon supports for efficient electrocatalytic hydrogenevolution.Nat.Energy 2019,4,512-518.

[2]Liu,S.;Tian,N.;Xie,A.-Y.;Du,J.-H.;Xiao,J.;Liu,L.;Sun,H.-Y.;Cheng,Z.-Y.;Zhou,Z.-Y.;Sun,S.-G.,Electrochemically Seed-Mediated Synthesis of Sub-10nm Tetrahexahedral Pt Nanocrystals Supported on Graphene with ImprovedCatalytic Performance.J.Am.Chem.Soc.2016,138,5753-5756.

[3]Ji,S.;Chen,Y.;Wang,X.;Zhang,Z.;Wang,D.;Li,Y.,Chemical Synthesis ofSingle Atomic Site Catalysts.Chem.Rev.2020,120,11900-11955.

[4]Sun,M.;Ji,J.;Hu,M.;Weng,M.;Zhang,Y.;Yu,H.;Tang,J.;Zheng,J.;Jiang,Z.;Pan,F.;Liang,C.;Lin,Z.,Overwhelming the Performance of Single Atoms withAtomic Clusters for Platinum-Catalyzed Hydrogen Evolution.ACS Catal.2019,9,8213-8223.

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