[发明专利]多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂在碱性电解水析氢中的应用

说明书

本发明公开多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂在碱性电解水析氢中的应用，属于碱性电解水析氢催化剂技术领域。该方法包括用金属氧化物前驱体盐负载在多孔碳上，然后在空气中热处理得到多孔碳限域金属氧化物复合载体；再在复合载体表面担载铂基纳米粒子。多孔碳中的金属氧化物不仅不会影响催化剂的导电性，还可以促进水分子的解离过程，为析氢反应的第二个步骤提供吸附H，加快铂基催化剂对于碱性电解水的催化速率。本发明的制备方法简单，在碱性电解水析氢中的催化性能优异，具有显著的实用价值和经济价值。

技术领域

本发明属于碱性电解水析氢催化剂技术领域，具体涉及了多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂在碱性电解水析氢中的应用。

背景技术

能源是世界经济进步的依靠，传统的化石燃料能源在采集和加工的过程中，对环境造成了巨大的污染，伴随的能源危机和相关的环境问题正在加速对可再生和可持续能源技术的需求。氢（H₂）是一种清洁、无碳的能源载体，有较高的能量密度，被认为是发展可持续能源经济的极具潜力的候选者。目前氢气的大规模生产主要依赖化石资源的蒸汽重整，这加速了化石燃料的消耗和二氧化碳的排放。电解水的析氢反应以水作为原料，在反应过程中不排放温室气体和其他污染气体，具有制氢效率高、产品纯度高等优点，是一种清洁高效获得氢气的方法。

在实际电解水的过程中，需要克服一定的能量势垒才能进行析氢反应，克服的能量势垒称为过电势，析氢反应的高过电位和迟缓的动力学降低了能量转换效率，阻碍了实际应用。目前，商业碳载铂催化剂成本高昂，同时碳载体易被腐蚀，且表面的铂纳米颗粒容易脱落并发生迁移团聚，导致催化剂性能的衰退。因此，需要开发低成本且高效稳定的电催化剂提高能量转换效率，促进反应的进行。

中国专利2019104444235公开了一种碱性溶液析氢电催化剂V₂O₃-NiPt的制备方法。该方法将水溶性镍盐﹑氯化钒和碱源放置在水热反应釜中制备得到V₂O₃。再将V₂O₃与一定量的氯铂酸或氯铂酸钾水溶液得到混合溶液放置在水热反应釜中进行水热反应，再用高温气相还原的方法煅烧，得到异质结构型V₂O₃-NiPt。但是该技术方案中使用的水热法反应条件较为苛刻，且难以控制颗粒尺寸的大小和均匀性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足提供了多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂及其制备方法和在碱性电解水析氢中的应用。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂在碱性电解水析氢中的应用，包括：金属氧化物前驱体盐负载在多孔碳上，然后在空气中热处理得到多孔碳限域金属氧化物的复合载体；再在复合载体表面担载铂纳米粒子得到多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂。多孔碳限域金属氧化物不仅不会影响催化剂的导电性，还可以促进水分子的解离过程，为析氢反应的第二个步骤提供吸附H，加快铂基催化剂对于碱性电解水的催化速率。多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂在碱性电解水析氢中的应用，该方法包括以下具体实施步骤：

1）将金属盐溶解于酸性溶液中配制得到金属盐溶液，加入多孔碳载体搅拌超声，得到分散均匀的悬浊液，抽滤洗涤后干燥研磨处理得到细密的黑色粉末；

2）将上述步骤得到的黑色粉末在空气条件下热处理，得到多孔碳限域金属氧化物的复合载体；

3）制备铂纳米颗粒担载于上述步骤所得的复合载体表面，得到多孔碳限域金属氧化物载铂基催化剂。

优选地，所述金属氧化物为金属镍、钴、铁、钨、钼等中的一种或多种金属氧化物。