[发明专利]一种高活性及稳定性的负载型析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明提供一种高活性及稳定性的负载型析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤：1)制备Pt NPs@MXene载体:取单层MXene粉末，均匀分散在水溶液中，加入含有Pt贵金属的前驱体溶液中，贵金属Pt的质量分数为10wt％，加入还原剂将Pt均匀还原在MXene的纳米片上，得到Pt NPs@MXene载体；2)制备单原子催化剂，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：克服了贵金属负载过程中发生团聚的问题，提高了负载量和稳定性。本发明所提供的催化剂的制备方法主要是，先在载体MXene上负载一层2‑3nm的Pt NPs，得到催化剂Pt NPs@MXene，主要作用是隔离Ir单原子，避免其团聚。另外，将Ir原子锚定在卟啉或邻菲罗啉上，解决Ir原子的团聚，然后再将其和Pt NPs@MXene负载，在高温下退火，形成Ir单原子。

技术领域

本发明属于催化剂领域，特别涉及涉及一种兼具高活性及稳定性的负载型IrSAC@Pt NPs@MXene析氧催化剂的制备方法。

背景技术

电解水制氢(2H2O→O2+2H2)，作为一种有效获得清洁能源的方法，在科学界饱受关注。其中，析氧反应(2H2O→4H*+O2+4e-)是一个O-H键断裂，O-O键形成的4电子电化学反应过程，该过程化学动力学缓慢、效率低(表现出较高的过电位)，因此催化剂的引入有效降低过电位，加快反应进程。

负载型贵金属催化剂作为一种重要的催化材料，因其可以有效降低生产成本，并且保留了优良的催化活性，在工业生产中发挥着至关重要的作用。研究表明，贵金属催化剂在载体上负载的分布情况和尺寸大小直接影响着贵金属催化剂的催化活性。对于传统的负载型贵金属催化剂，贵金属纳米粒子大小不均一，暴露的晶面各不相同，这导致催化剂对反应物或产物有不同的选择性，而在单原子催化剂中，因其活性位点为贵金属单原子，结构单一，可表现优异的催化活性。另一方面，单原子催化剂因其贵金属达到原子分散，具有最大的原子利用率，相比于传统的负载型纳米催化剂有更高的经济价值。目前报道的单原子催化剂制备相对困难，贵金属质量分数多在0.5％以下，若提高贵金属的负载量，催化剂中难以避免生成贵金属纳米颗粒，而且,与载体结合较弱的单原子或原子簇的表面能高，高温下容易迁移、团聚和烧结，需要通过与载体形成有效的相互作用以保证其稳定性。因此，如何能够制备出高含量和高稳定性的贵金属单原子催化剂，并应用于工业生产，这是一个巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种高活性及稳定性的负载型析氧催化剂的制备方法，解决上述背景技术中提出的问题。

本发明通过以下的技术方案实现：一种高活性及稳定性的负载型析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1)制备Pt NPs@MXene载体:

取单层MXene粉末，均匀分散在水溶液中，加入含有Pt贵金属的前驱体溶液中，贵金属Pt的质量分数为10wt％，加入还原剂将Pt均匀还原在MXene的纳米片上，得到Pt NPs@MXene载体；

2)制备单原子催化剂

先将Ir原子锚定在有机配体上，然后将其负载在第一载体上，经过冷冻干燥得到的固体粉末，在惰性气氛下700℃煅烧2小时后，得到贵金属Ir的质量百分含量为0.5-2wt％的单原子催化剂。

作为一优选的实施方式，步骤(1)中所述Pt前驱体为氯铂酸、四氯化铂、乙酰丙酮铂及其它们的组合。

作为一优选的实施方式，步骤(2)中所述的Ir原子与有机配体络合，被固定在了有机配体上，防止Ir原子团聚形成Ir NPs。

作为一优选的实施方式，步骤(2)有机配体为卟啉或酞菁。

作为一优选的实施方式，单原子催化剂是以导电的二维纳米片为载体,所述Ir贵金属以原子级分散形式负载于所述载体上。