[发明专利]一种氰基修饰的Pt基超细纳米线的制备方法及其所得材料和应用

说明书

本发明公开了一种氰基修饰的Pt基超细纳米线的制备方法及其所得材料和应用，以氰乙酸为形貌调控剂和氰基引入剂，以铂盐作为前驱体，将乙二醇和氰乙酸混合均匀后加入铂前驱体溶液，经过水热法还原得到氰基修饰的Pt基超细纳米线。本发明方法工艺操作简单易合成，用去离子水即可除去溶液中的杂离子和过剩形貌调控剂，环保无污染。本发明方法制备得到的氰基修饰的Pt基超细纳米线直径约为2nm，形貌单一，纯度极高，具有比表面积大，活性位点多，电子传导性好，结构稳定等优点，对析氢展现出优异的电催化活性。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，特别是涉及一种析氢催化剂。

背景技术

环境污染和能源危机日益严重，燃料电池技术的高能效，低排放的显著优点受到了广泛关注。由析氢和析氧半反应组成的水分解反应作为一种可持续的氢源，氢是一种有吸引力的能量载体，可以用来在燃料电池中产生清洁电力，在燃料电池中，氢的氧化和氧的还原反应将化学能转化为电能。实现这一设想的关键是开发改进的电催化剂，使其对所涉及的化学转化具有适当的效率和选择性。目前，氢气主要从天然气，煤层气等化石燃料分离而来，很难得到高纯的氢气，大大限制了氢能的大规模应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种氰基修饰的Pt基超细纳米线的制备方法及其所得材料和应用，所得氰基修饰的Pt基超细纳米线形貌规整，尺寸均一，具有比表面积大，活性位点多，电子传导率高等优点，且制备过程简便易行，重现性好。

技术方案：本发明所述的一种氰基修饰的Pt基超细纳米线的制备方法，其以氰乙酸为形貌调控剂和氰基引入剂，以铂盐作为前驱体，将乙二醇和氰乙酸混合均匀后加入铂前驱体溶液，经过水热法还原得到氰基修饰的Pt基超细纳米线。

具体包括以下步骤：

1)配置氰乙酸水溶液，将氰乙酸水溶液加入乙二醇溶液中，混合均匀并分散，得到氰乙酸乙二醇混合溶液；

2)将铂盐前驱体溶液加入上述氰乙酸乙二醇混合溶液中混合均匀并分散，再加入氰基硼氢化钠溶液，混合均匀并分散后，油浴加热处理，水洗数次即可得到最终产物。

其中，上述步骤1)中，氰乙酸水溶液的浓度为0.03～0.10mol L^-1。

上述步骤2)中，所用的铂盐是氯亚铂酸钾(K₂PtCl₄)，铂盐前驱体溶液的浓度为0.03～0.10mol L^-1，铂盐浓度值与产量相关。

步骤2)中，氰基硼氢化钠溶液的浓度为0.03～0.10mol L^-1。

步骤2)中，升温速率为2～5℃·min^-1。

步骤2)中，油浴预热至100～140℃，并在该温度下保持30～70min。

本发明还提供了所述制备方法所制得的氰基修饰的Pt基超细纳米线材料。

其中，纳米线的宽度为1.8～2.2nm。

本发明还提供了所述的氰基修饰的Pt基超细纳米线材料作为析氢催化剂的应用。

本发明的创新点在于：1)新的氰基表面功能化的合成路线，使得氰基修饰在Pt(111)晶面上；2)氰基修饰可以显著调控Pt的电子结构，使其拥有远超过商业化铂碳的析氢性能，过电位仅为其六分之一(酸性)和二分之一(碱性)。

而本发明的技术难点在于：Pt的d带中心的降低可以有效的提高Pt基催化剂的HER性能，然而催化剂表面功能化以降低d带中心却鲜有报道。本发明首次创新性地将氰基修饰的Pt基超细纳米线应用于析氢，氰基降低了Pt的d带中心，削弱了Tafel步骤中Pt-H*键能，有利于氢的脱附；并且制备出晶阶交错的氰基修饰的一维纳米线难度极大，晶阶交错也可能会带来压缩应力，有利于d轨道重叠，降低d带中心。