[发明专利]花状催化剂、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种花状催化剂，它的粒径为100～1000nm，由表面氧化的海绵状AlTi合金作为载体，担载量为2～30%的花状铂粒子为活性中心；本发明还公开了上述花状催化剂的制备方法，是通过电化学沉积的方法将花状铂粒子沉积到AlTi合金载体上，再将载体表面的Al氧化后制得；本发明还公开了上述花状催化剂在电催化分解水制氢气中的应用。本发明提供的花状催化剂，具有较高的稳定性和催化的活性。本发明适用于制备花状催化剂，所制的花状催化剂适用于电催化分解水制氢气。

技术领域

本发明属于催化技术领域，涉及一种电催化剂，具体地说是一种花状催化剂、其制备方法及其应用。

背景技术

现如今，环境污染和能源危机日益严重，化石燃料储量有限，引发了一系列寻找可替代新型能源的研究。氢气是一种环境友好、资源丰富且能量密度高的可再生能源，是化石燃料的最佳替代品之一。电化学水分解制氢是一种简单高效的制氢方法，具有广阔的发展前景。设计和开发高性能、高稳定性的电化学水分解制氢电催化剂是提高电解水系统效率的关键。

作为极具潜力的催化剂，商业化铂碳(Pt/C)催化剂在电催化析氢过程中，表现出优异的活性。然而，在酸性电解液条件中，酸性物质对碳载体有一定的腐蚀作用，进而导致Pt颗粒的脱落和聚集，降低催化剂的稳定性。此外，在电解水析氢过程中，活性中心Pt对析氢反应过程中间产物吸附较强，在一定程度上降低了析氢反应速率，因此通过合理设计催化剂结构来提高催化剂稳定性；同时，降低反应中间产物在活性位点上的吸附强度是获得高性能分解水制氢气电催化剂的一种有效方法。

发明内容

本发明的目的，旨在提供一种花状催化剂，实现具备抗酸腐蚀性的同时，进一步提高催化剂的稳定性和催化活性；

本发明的另一种目的，旨在提供上述花状催化剂的准备方法，实现制备方法简便、成本低、无需使用任何模板剂、不需要后处理过程的目的；

本发明还有一种目的，旨在提供上述花状催化剂的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种花状催化剂，它由花状铂粒子定向组装而成，粒径为100～1000nm，它由表面氧化的海绵状AlTi合金作为载体，担载量为2～30％的花状铂粒子为活性中心，花状铂粒子均匀分散在表面氧化的海绵状AlTi合金载体上，所述花状催化剂由花状铂粒子定向组装而成。

本发明还提供了上述花状催化剂的制备方法，该制备方法包括依次进行的以下步骤：

S1.AlTi合金载体的制备：

取海绵状AlTi合金浸泡在酸性溶液中，得AlTi合金载体；

S2.Pt/AlTi中间体的制备

以AlTi合金载体为工作电极，Pt丝或Pt片为辅助电极，Ag-AgCl为参比电极，含有铂金属前驱体和定向生长剂的高氯酸溶液为电解液，经电化学沉积后，得Pt/AlTi中间体；

S3.花状催化剂的制备

将Pt/AlTi中间体进行加热，使AlTi合金形成表面氧化层，得Pt/Al₂O₃/AlTi催化剂，即为所述花状催化剂。

作为一种限定，步骤S1中，所述海绵状AlTi合金由3D打印法制得，金属铝和金属钛的质量比为10:1～10；

所述浸泡，时间为1h-24h，浸泡过程中伴随着搅拌；

所述酸性溶液为盐酸和硫酸中的至少一种，盐酸浓度为0.5～5mol/L，硫酸浓度为0.5～5mol/L。

作为另一种限定，步骤S2中，所述铂金属前驱体为氯铂酸、乙酰丙酮铂和氯铂酸铵中的至少一种；