[发明专利]一种用于碱性氢析出反应碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种用于碱性氢析出反应碳担载的氧化镍修饰的超细铂铑纳米棒合金电催化剂及其制备方法与应用，属于碱性电解水氢析出技术领域。本发明以铂盐为铂源、镍盐为镍源、铑盐为铑源，通过在有机溶剂和结构引导剂的作用下还原生成氧化镍修饰的超细铂铑纳米棒。本发明通过控制反应温度、结构引导剂的种类和浓度、反应气氛达到对催化剂形貌和组分控制，探究得到有利于氧化镍修饰的超细铂铑纳米棒表现出最优异的氢析出活性的制备条件。本发明制备工艺流程简便，合成成本较低，有利于批量生产。本发明所制备的氧化镍修饰的超细铂铑纳米棒具有优异的氢析出性能，适用于碱性电解水氢析出反应。

技术领域

本发明属于金属电催化剂技术领域，涉及一种用于碱性氢析出反应碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

过度依赖使用传统化石能源会加剧环境污染、温室效应、化石能源枯竭等问题，因此开发清洁可持续能源来替代传统化石能源是目前当务之急。在各种替代能源战略中，氢能具有能量密度高，产物清洁无污染等优点被认为是理想的清洁能源和储能载体。建设以氢为主要载体的能源基础设施和开发氢能的广泛利用，可以将多种新能源与氢能连接起来形成能源网，将会带来一个更加安全、可靠、稳定的清洁能源利用体系。因此，有效生产氢和储存是能源网建立的关键因素。目前工业制氢主要有三条途径，即蒸汽甲烷重整制氢、煤气化制氢和电解水制氢。蒸汽甲烷重整制氢和煤炭气制氢占整个氢产量的95％以上，而电解水产氢仅占4％。很明显,目前工业制氢高度依赖化石燃料，但化石燃料是有限的、不可再生的资源。以化石燃料为基础的制氢技术不能真正解决环境污染和碳排放问题。例如，在蒸汽甲烷制氢过程中，烃类与水发生高温反应同时产生氢气和二氧化碳，二氧化碳最终被释放到大气中。因此在这三种主要的制氢途径中，利用清洁能源产生的电能电解水制氢是实现可持续清洁产氢的有效方法。因此开发一种可以显著提高催化剂在室温下氢析出动力学性能，高选择性、高活性、高耐久性的催化剂，对电解水制氢行业具有重要意义。

Zhao等利用湿法化学合成法和空气热处理，得到PtNi-O八面体电催化剂具有较高的碱性氢析出活性。该方法具有有效控制催化剂结构、形貌、组分的优势，但是所制备的催化剂的耐久性和大规模生产有待加强(Journal of the American Chemical Society,2018,140,9046-9050)。

孙蓉等以氧化亚铜为模板，将导电性优异的CuS和催化性能优异的Ni(OH)₂复合，制备多元空心金属硫化物析氢催化剂，可以有效降低电解水制氢成本。然而多元空心金属硫化物析氢催化剂的活性和耐久性相较于商业催化剂还有一定差距(孙蓉，刘绍庆，符显珠，中国科学院深圳先进技术研究院，申请号：201611178959.X)。李保军将以N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸钴为前驱体，将前驱体、有机磷和有机胺在惰性气氛一定温度下反应，之后加入乙醇离心，再用正庚烷、氯仿分别洗涤离心所得固体物质，最后室温下真空干燥，即得催化剂Co₉S₈。但是制备过程复杂且需要较多种类有毒有害有机试剂(李保军，张馨文，刘艳艳，郑州大学，申请号：201810198619.6)。此外，还未见专利报道用于碱性氢析出反应碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂制备方法。

综上所述，已报道的文章中或已报道的专利中碱性氢析出催化剂的合成方法多存在着制备过程复杂、使用多种类有毒有害有机试剂、耐久性较差、合成成本较高、不能大规模生产的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种用于碱性氢析出反应碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂的制备方法，详细探究了不同金属比例、表活剂种类及浓度、不同后处理方法和不同反应温度对氢析出活性的影响。通过一系列实验得到碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂具有目前最优异的碱性氢析出的活性。该研究成果也为开发研究新型电解池催化剂开拓了新的方法。本发明所使用试剂安全无害，制备工艺简单易行，合成成本低廉，易于规模化生产；所制备的碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂具有较高的电催化活性，适用于碱性电解池氢析出反应。

本发明的技术方案：