[发明专利]一种单原子Pt电催化材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种单原子Pt电催化材料，所述电催化材料为Pt基电催化材料PtSA/ZrO₂/CN。本发明所述新型单原子Pt电催化材料通过卟啉有机配体Pt的加入一方面提供了活性位点Pt，另一方面利用卟啉结构锚定了金属Pt，避免了其在高温煅烧下的聚集，还提供所述Pt基电催化材料的制备方法，操作流程简单易控，反应条件并不苛刻，得到的Pt基电催化材料的催化效果完全能够达到商业产品20wt%Pt/C的催化效果，适用于工业化生产。

技术领域

本发明涉及电催化析氢技术领域，具体涉及一种单原子Pt电催化材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着人类经济和文明的快速发展，人们对能源特别是化石燃料的迫切需求逐渐增加，但同时伴随而来的却是越来越严重的环境问题。与化石燃料相比，氢具有燃烧值高的优点，约为石油当量的3倍，氢还有其另一特别之处在于其燃烧产物是水，无任何污染，是最理想的能源载体。在各种制氢工艺中，电催化剂析氢反应（HER）是指通过电化学的方法使用催化剂产生氢气，是目前制氢的有效方法，将电能转化为较为稳定的化学能，在获得氢气的同时不会产生其他副产物，是一种对环境友好、实现可持续储氢的方法，同时，也是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。在电催化分解水析氢的过程中，要求降低析氢反应的过电位，提高电催化析氢反应的速率，这一过程可通过研发具备优异催化电催化析氢反应的催化剂来实现。

目前，电催化分解水析氢催化剂主要分为非贵金属和贵金属两大类，其中，非贵金属电催化剂集中在过渡金属硫化物、硒化物、磷化物、碳化物、氮化物等半导体材料，但是这些非贵金属电催化剂的催化活性较低，暂时还难以完全满足工业需求。而贵金属电催化剂由于其原轨道内存在较多的空d轨道，能级间距较小，容易与氢原子配位，因而在电催化分解水中有较高的析氢活性，例如具有优异电催化析氢效果的Pt基催化材料。但是，由于Pt基催化材料的价格昂贵且储存量少，限制了其在工业产氢方面的应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种单原子Pt电催化材料，以解决现有技术中Pt基催化材料价格昂贵、储存量少、工业化使用难度较大的问题。

本发明还提供一种单原子Pt电催化材料的制备方法，通过所述方法能够制备Pt电催化材料。

本发明还提供一种单原子Pt电催化材料的应用，通过本发明所述制备方法制备得到的单原子Pt电催化材料适用于酸性条件下的电催化析氢反应。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种单原子Pt电催化材料，所述电催化材料为Pt基电催化材料PtSA/ZrO₂/CN。

一种单原子Pt电催化材料的制备方法，制备本发明所述单原子Pt电催化材料，包括如下步骤：

步骤1）以ZrCl₄、对苯二甲酸、苯甲酸和四羧基苯基卟啉铂为原料，通过水热法制备得到中间体UIO-66/PtTCPP；

步骤2）将中间体UIO-66/PtTCPP进行高温煅烧后，得到Pt基电催化材料PtSA/ZrO₂/CN。

一种单原子Pt电催化材料的应用，通过本发明所述制备方法制备得到的单原子Pt电催化材料适用于酸性条件下的电催化析氢反应。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供一种新型单原子Pt电催化材料，该Pt基电催化材料PtSA/ZrO₂/CN维持了煅烧前UIO-66/PtTCPP的形貌，能充分暴露活性位点；卟啉有机配体Pt的加入一方面提供了活性位点Pt，另一方面卟啉结构锚定了金属Pt，避免了其在高温煅烧下的聚集，使其在高温煅烧后仍然具有多面体结构。