[发明专利]一种可循环利用的高效复合铂催化剂的制备方法及其在电催化中的应用

说明书

本发明提供一种可循环利用的高效复合铂催化剂的制备方法，包括[Pt^II(NH₃)₄]₂[Mo₈O₂₆]的制备、催化剂Pt/Mo₂C/Mo₂N@C‑N的制备。本申请制备出具有纳米立方结构的铂基电催化剂（Pt/Mo₂C/Mo₂N@C‑N），该催化剂显示出优异的电催化活性，在电流密度为10 mA cm^‑2时，过电位仅为13 mV，电催化效果高于商业用Pt/C催化剂；此外，Pt/Mo₂C/Mo₂N@C‑N在乙腈/二氯甲烷/过氧化氢混合溶液中发生氧化还原反应后，能够再次生成前驱体[Pt^II(NH₃)₄]₂[Mo₈O₂₆]，用于下一个循环中催化剂的制备，最终实现了元素铂的循环利用。循环后的催化剂，性能几乎保持不变。

技术领域

本发明属于可循环利用的铂催化剂合成技术领域，具体涉及一种可循环利用的高效复合铂催化剂的制备方法及其电催化应用。

背景技术

目前，铂基材料以其优异的电催化活性使其成为最有前途的电催化剂之一。然而，由于自然界中铂元素的丰度低且价格昂贵，导致铂基材料的大规模的应用受到限制。因此，铂基电催化剂的有效回收是解决稀缺性铂资源的最有效方法，也是一个催化剂领域亟待解决的技术难题。

现有技术制备的铂类催化剂主要采用以下三种方法进行回收：

（1）高温熔融冶炼法；（2）酸溶解法；（3）电化学回收法。虽然上述技术已被证明可以实现对铂的有效回收，但在实施方面依然存在缺陷，例如高温熔融法不仅能源消耗大，还会导致严重污染环境的有毒气体（例如氟化氢）的排放。酸溶解技术在操作过程中由于不可避免的要使用盐酸、硫酸、硝酸和王水等高腐蚀性酸，不仅导致设备成本高，还会在回收过程中释放有害排放物（如氯化氢蒸汽、氯气、二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮等）。电化学回收法通常使用腐蚀性或有毒的电解质，这也会导致有害物质的排放与二次污染。

现有技术中常用的铂类催化剂Pt/C，含Pt量为20%，含Pt量高，催化剂的成本高，

Pt/C催化剂的回收方法，通常是将废弃Pt/C催化剂通过电化学或高温（150 °C）的方式溶解在稀酸溶液中来提取Pt，然后再沉积到碳材料上。然而，在这一循环过程中，由于Pt的团聚，以及Pt与基底材料碳之间弱的作用力，导致回收后的Pt/C催化剂的电化学性质大幅度下降[Mater. Chem. Phys. 2022, 276, 125439]。

综上所述，现有技术制备的铂类催化剂，含Pt量高，催化剂的成本高，在回收铂时，存在成本高、环境污染大，操作人员风险高，此外，回收的铂基材料通常粒径较大（50 mm），电化学性质大幅度下降。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种可循环利用的高效复合铂催化剂的制备方法及其在电催化中的应用，实现以下发明目的：制备一种复合铂催化剂，在保证催化效果的同时，降低Pt的用量，回收方法环保，可循环利用次数多，回收得到的催化剂前驱体制备的催化剂，催化性能几乎保持不变。

为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种可循环利用的高效复合铂催化剂的制备方法，包括[Pt^II(NH₃)₄]₂[Mo₈O₂₆]的制备、催化剂Pt/Mo₂C/Mo₂N@C-N的制备。

以下是对上述技术方案的进一步改进：