[发明专利]一种MOF基铂单原子催化剂、制备及应用

说明书

本发明属于电化学能源技术领域，提供了一种MOF基铂单原子催化剂、制备及应用，用氯化锆、2‑氨基对苯二甲酸和铂源作为原料，用调节酸调节金属骨架的成核速度，通过溶剂热法原位合成MOF基铂单原子催化剂。氯化锆、2‑氨基对苯二甲酸与铂源的摩尔比为0.9：0.9：0.5～3，高温碳化温度为800℃～1000℃。该催化剂以金属骨架为单原子载体，铂呈单原子分散状态分散在金属骨架上。将该催化剂应用在燃料电池阴极上，制得了一种具有良好电化学性能的燃料电池阴极电极，该电极在0.1M KOH溶液中的半坡点位为0.75V，在氨溶液中的稳定性要比商业铂碳高。本发明制备方法简单，很大程度上降低了催化剂的成本，有利于推广使用。

技术领域

本发明属于电化学能源技术领域，具体涉及一种MOF基铂单原子催化剂、制备及应用。

背景技术

商业的铂碳催化剂因其稳定性低，抗毒性差，铂载量高导致催化剂成本高，因此开发抗毒性强，成本低的新型催化剂是大家致力于努力的方向。

单原子催化剂作为一类新型的催化剂，金属以其在载体上的原子分散为特征，受到越来越多的关注，单原子催化剂以其最大的原子效率，对氧化、氢化、电催化等多种反应表现出优异的催化性能。不幸的是，鉴于高表面能，单个原子通常是可移动的并且易于聚集。在催化反应过程中稳定的单原子催化剂的制备仍然是一个重大挑战。为此，开发与单个金属原子具有强相互作用的合适的载体是关键因素。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种MOF基铂单原子催化剂、制备及应用，制备得到的催化剂的铂呈单原子分散状态，铂的负载量远低于商业铂碳，减少了铂的用量，很大程度上减小催化剂的成本。

本发明提供了一种MOF基铂单原子催化剂的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤S1，将氯化锆、2-氨基对苯二甲酸和铂源加入到DMF和调节酸的混合溶液中，加热进行反应，冷却后进行洗涤，然后将洗涤后的物质进行干燥，得到干燥材料；步骤S2，在惰性气体氛围中，将干燥材料在800℃～1000℃下进行高温碳化，得到碳化后物质；步骤S3，将碳化后物质用蚀刻酸浸泡，洗涤后得到MOF基铂单原子催化剂；其中，氯化锆、2-氨基对苯二甲酸与铂源的摩尔比为0.9：0.9：0.5～3。

在本发明提供的MOF基铂单原子催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，铂源为氯铂酸、乙酰丙酮铂或二氯化铂中的任意一种。

在本发明提供的MOF基铂单原子催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，氯化锆为0.9mmol，DMF为10mL～40mL，调节酸为2.4mL～9.6mL。

在本发明提供的MOF基铂单原子催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，调节酸为冰醋酸或者浓盐酸。

在本发明提供的MOF基铂单原子催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，蚀刻酸为浓度为1％～10％的氢氟酸，将碳化后物质用氢氟酸浸泡3h～5h。

在本发明提供的MOF基铂单原子催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中，反应温度为120℃～180℃，反应时间为8h～12h；将洗涤后的物质进行真空干燥，真空干燥的温度为60℃～80℃，干燥时间为12h～24h。

在本发明提供的MOF基铂单原子催化剂的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤S2中，高温碳化时间为1h～4h。

本发明还提供了一种MOF基铂单原子催化剂，具有这样的特征，由MOF基铂单原子催化剂的制备方法制备得到。

本发明还提供了一种MOF基铂单原子催化剂在燃料电池中的应用。