[发明专利]一种铂基双金属催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种铂基双金属催化剂及其制备方法和用途，所述铂基双金属催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性金属粒子；所述活性金属粒子包括含第一金属元素的内核和包覆于所述内核外的含第二金属元素的球壳；所述第一金属元素包括Pd、Rh、Cr或Ir中的任意一种或至少两种的组合；所述第二金属元素包括Pt。本发明还提供一种铂基双金属催化剂的制备方法，通过混合、超声、固液分离、洗涤和干燥等步骤，得到所述铂基双金属催化剂。本发明提供的铂基双金属催化剂用于SOsubgt;2/subgt;去极化电解反应，具有较高的催化活性和稳定性，并且降低了Pt的用量，本发明提供的制备方法操作简单，成本低廉，可以大规模推广。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，具体涉及一种铂基双金属催化剂及其制备方法和用途。

背景技术

传统化石燃料储量有限且不可再生，燃烧使用过程中还会造成环境污染，带来温室效应等问题。因此，研发清洁、低碳能源受到了研究者们的广泛重视。氢气作为一种清洁的二次能源，具有可再生、无污染、燃烧热值高等优点。大规模利用氢能，既可降低对化石能源的需求，又可减少温室气体的排放。混合硫循环(HyS)是大规模制氢最有希望的技术之一。与传统电解水相比，混合硫循环的电化学步骤即SO₂去极化电解反应，仅需要传统电解水三分之一的电能输入，能耗较低。因此，混合硫循环的制氢的效率也比常规电解水制氢的效率高至少15％。因此，混合硫循环制氢的发展前景非常可观。

目前，铂碳催化剂是SO₂去极化电解池反应的主要催化剂，并且性能优异，但是成本昂贵，重金属储量有限，因此其大规模应用受到限制。近年来，现有研究中虽然制备出了较有前景的非贵金属催化剂，但是其催化性能与铂基催化剂还有一定差距。

CN113403629A公开了一种电解水制氢系统用催化剂及其制备方法，该方法使用过渡金属氧化物降低贵金属的用量，但是制备方法复杂，并且电化学催化效果比较差。

CN111841600A公开了一种铂基催化剂及其制备方法和应用，该催化剂包括含氮碳载体以及负载于含氮碳载体上的铂原子，属于一种负载型催化剂，虽然具有较高的电催化效果，但是价格昂贵，不利于大规模推广。

因此，开发一种贵金属用量少，成本低廉，并且对SO₂去极化电解反应具有高效催化活性的催化剂具有重要意义。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种铂基双金属催化剂及其制备方法和用途，与现有技术相比，本发明提供的铂基双金属催化剂具有核壳结构，可以减少重金属的用量，降低成本，并且催化性能优异，本发明提供的铂基双金属催化剂的制备方法简单，成本低廉，所述铂基双金属催化剂用于SO₂去极化电解反应，具有广阔的应用前景。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种铂基双金属催化剂，铂基双金属催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性金属粒子；所述活性金属粒子包括含第一金属元素的内核和包覆于所述内核外的含第二金属元素的球壳；所述第一金属元素包括Pd、Rh、Cr或Ir中的任意一种或至少两种的组合；所述第二金属元素包括Pt。

本发明中通过负载第一金属和Pt可以降低传统Pt基催化剂中Pt元素的添加量，降低生产成本。并且本发明提供的铂基双金属催化剂包括具有核壳结构的活性金属粒子，所述活性金属粒子包括含第一金属的内核和包覆于所述内核外的含Pt的球壳，本发明中所述活性金属粒子为催化剂的主要活性组分，该活性组分一方面通过第一金属和Pt发生电子效应和双功能效应，两者之间较强的电子相互作用，大大提高了Pt的活性；另一方法，所述活性粒子以含Pt的球壳包裹内核，活性粒子表面Pt的浓度大大提高，可以提供更多的活性位点，进一步提高催化活性。本发明所述催化剂通过将活性粒子负载在载体上，载体可以负载更多的活性金属离子，所以本发明提供的催化剂的催化活性和稳定性优异，并且贵金属Pt的添加量显著降低。