[发明专利]核壳结构催化剂及其制备方法和应用

说明书

本申请属于催化材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构催化剂及其制备方法和应用，核壳结构催化剂包括作为内核的非贵金属微粒和包覆内核的壳层，壳层的材料包括贵金属化合物，且贵金属化合物含有非贵金属元素，非贵金属元素至少包括非贵金属微粒所含的非贵金属元素，其中，非贵金属作为核可以减少贵金属的使用，贵金属化合物作为壳层可以暴露更多的活性位点，同时可以保护内部非贵金属在电化学反应中免受腐蚀从而提高催化剂的稳定性，同时非贵金属核和贵金属化合物壳层之间存在的电子效应可以还调整它们的电子表面结构，以提高催化反应的活性位点利用率。

技术领域

本申请属于催化材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢气是一种绿色环保的可再生能源，然而，现有技术中电化学水分解制氢的实际应用受限于阳极的析氧反应，具有较高的过电位，与析氧反应的理论电势相比，甲醇的氧化电势较低，因此将甲醇氧化和析氢相结合的甲醇电解可以实现氢气的高效生产，因此开发一种具有甲醇氧化和析氢双功能的催化剂具有重要意义。

在甲醇氧化反应和析氢反应中，铂催化剂是目前被认为最有效的单金属催化剂，然而铂的相对稀缺性导致其价格昂贵，并且铂基催化剂在电氧化过程中会产生一些有害效应，如表面中毒、粒子团聚，所有这些都会导致在甲醇电解过程中可用的活性位点数量减少，从而导致动力学缓慢和耐久性差，催化效果差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种核壳结构催化剂及其制备方法和应用，旨在一定程度上解决单金属催化剂动力学缓慢、耐久性差、成本高、利用率低的问题。

为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种核壳结构催化剂，包括作为内核的非贵金属微粒和包覆内核的壳层，壳层的材料包括贵金属化合物，且贵金属化合物含有非贵金属元素，非贵金属元素至少包括非贵金属微粒所含的非贵金属元素。

第二方面，本申请提供一种核壳结构催化剂的制备方法，包括以下步骤：

提供非贵金属微粒；

在非贵金属微粒的表面形成贵金属化合物壳层，以包覆非贵金属微粒，得到核壳结构催化剂。

第三方面，本申请提供上述核壳结构催化剂在催化甲醇电解制氢中的应用。

本申请第一方面提供的核壳结构催化剂，以非贵金属作为核可以减少贵金属的使用，贵金属化合物作为壳层可以暴露更多的活性位点，同时可以保护内部的非贵金属在电化学反应中免受腐蚀从而提高催化剂的稳定性，同时非贵金属核和贵金属化合物壳层之间存在的电子效应可以还调整它们的电子表面结构，以提高催化反应的活性位点利用率。

本申请第二方面提供的核壳结构催化剂的制备方法，在非贵金属微粒表面形成的超薄的贵金属化合物壳层，极大提高了贵金属原子的利用率及附着率，在催化甲醇电解制氢时能够提供更多的活性位点，提高催化剂利用率，且制备过程简单方便，没有使用剧毒药品与苛刻的生产条件，易于制备，成本较低。

本申请第三方面提供的核壳结构催化剂在催化甲醇电解制氢中的应用，鉴于上述核壳结构催化剂高效的催化活性与稳定性，该核壳结构催化剂在甲醇电解制氢领域有广阔的应用潜力，可实现商业大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1制备的碲纳米棒以及碲纳米棒表面生长碲化铂纳米层核壳结构催化剂PtTe₂@Te-A的XRD谱图；

图2为本申请实施例1制备的碲纳米棒的SEM图像；