[发明专利]类水滑石二维支撑的合金催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种类水滑石二维支撑的合金催化剂及其制备方法与应用。所述制备方法包括：使包含第一稀土金属盐、第二稀土金属盐、插层剂和溶剂的稀土水滑石前驱体溶液发生水热反应，制得稀土水滑石；或者，使包含第一稀土金属盐、第二稀土金属盐和溶剂的第一混合反应体系发生水热反应，之后向所获水热反应产物中加入插层剂并进行微波插层反应，制得稀土水滑石；将所述稀土水滑石浸置于包含铂源的溶液中，反应形成稀土水滑石/氢氧化铂复合物；以及，在还原性气氛中，对所述稀土水滑石/氢氧化铂复合物进行高温退火处理，获得类水滑石二维支撑的合金催化剂。本发明制备的类水滑石二维支撑的合金催化剂中Pt的含量低，传质传荷效率高。

技术领域

本发明属于能源与清洁技术领域，具体涉及一种类水滑石二维支撑的合金催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

对化石燃料的强烈依赖致使国民经济极易受到价格上涨的影响，而化石燃料的过度使用也加剧了空气污染和全球变暖。因此，迫切需要开发一种清洁、可再生的替代能源。在各种替代能源策略中，建立一个以氢为主要载体的能源基础设施，将大量能源与各种最终用途连接起来，可以实现安全清洁的能源未来。为此，氢的有效存储和生产是氢经济的关键要素。与石油和天然气不同，氢不是能量，而是用于存储和运输能量的载体。氢不是自然存在于地球上的，因此我们必须先制造氢才能使用它。目前，工业上有3条主要的制氢途径，即甲烷蒸汽重整、煤气化和水电解。甲烷蒸汽重整和煤气化产生的氢占总氢的95％以上，而只有4％的氢是由水电解产生的。显然，当前的一次氢生产仍然强烈依赖于化石燃料。然而基于化石燃料的制氢技术不能真正解决污染和二氧化碳排放问题。在这三个主要的氢气生产路径中，水电解提供了以可持续方式生产氢气的希望，因为它的原料是水——一种丰富且可再生的氢源，生产反应是由太阳能、风能或其他可再生资源产生的电力驱动。氢代替石油基燃料在交通运输中的潜在应用正引起越来越多的关注。氢动力汽车的性能不亚于燃料汽车，但不产生污染排放。福特、丰田、宝马和现代等许多世界主要汽车制造商都致力于将燃料电池电动汽车带入一个清晰而现实的未来。如果氢动力汽车进入我们的生活，我们对氢的需求将急剧增加。届时，我们将不得不以更环保的方式大规模生产氢气。

水电解可能是一种可以满足我们要求的技术。但是，该技术高昂的成本限制了其实际广泛应用。尽管水电解已有很长的历史，但仍需要不断进行技术改进和材料创新以大大降低该工艺的成本。铂金属是目前广泛应用于水分解正极氢析出(HER)的电催化剂，但铂元素在地球中的储量稀少，成本高昂，因此降低铂的用量，开发高活性铂基氢析出电催化剂迫在眉睫。

充分暴露催化剂的活性位点、合理优化活性位点的结构可以极大提高HER电催化剂的催化活性。将Pt与稀土金属合金化可以调控催化剂中活性位点的结构，提高催化剂的本征活性，同时降低贵金属Pt的用量。将催化剂颗粒均匀分散在各向异性的载体上可以充分暴露催化剂的活性位点，提高传质传荷的效率，抑制催化剂颗粒迁移、聚集、脱落；不仅可以提高催化剂的活性，还可以提供其稳定性。如何制备高效稳定、利用率高的Pt基合金催化剂仍是发展的瓶颈。