电催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电催化剂，具体涉及一种电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在众多的氢能利用技术中，直接以有机储氢液(如甲基环己烷、环己烷、哌啶等)为原料的发电技术具备能量密度高、理论能量转换效率高、燃料绿色可再生、操作安全等优点，近年来越来越受到科研工作者的关注。us8338055公开了一种可以利用有机储氢化合物进行发电的装置，但该专利中并未对装置的运行细节以及反应过程所涉及的催化剂进行详细阐述。针对上述装置中所需的催化剂，日本科学家合成了活性碳负载的pt基催化剂(chem.commun.2003，609)，并研究了该催化剂的环己烷直接发电性能。韩国科学家制备了一系列活性碳负载的pt基合金催化剂(applied catalysis a:general，2009，136)用于催化环己烷电化学脱氢。根据研究结果可知，基于活性炭负载的催化剂的性能都不太理想。

2、直接储氢液燃料电池中所用反应物为环烷烃或含杂原子烷烃，其分子体积较氢气分子更大，因此催化剂具备合适的孔结构对于催化反应的高效进行至关重要。同时合理调控催化剂孔结构能够提升活性位点的利用率，对提升催化反应活性具有积极意义。根据现有的文献报道，目前主要通过控制表面活性剂的自组装行为来实现催化剂孔结构的调控。但是上述方法的缺陷也显而易见：1.表面活性剂成本较高，去除工序复杂，提升了催化剂的生产成本。2.表面活性剂阻碍金属前驱物与载体之间的相互作用，不利于催化剂中活性物种的负载。

3、因此，亟需开发一种不采用表面活性剂的催化剂制备方法，获得具备合适孔结构，实现活性物种高度分散的电化学催化剂，提升有机储氢液的催化反应活性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术利用表面活性剂进行孔结构调控，导致活性物质无法原位负载的问题，提供一种电催化剂及其制备方法和应用，该电催化剂孔结构可调控，用于烷烃电催化脱氢，脱氢反应电位低。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种电催化剂，该电催化剂包括载体和负载在载体上的铂纳米颗粒；

3、载体中，介孔的比表面积与载体总比表面积的比值为0.6-0.85；

4、铂纳米颗粒中，粒径为2-5nm的铂纳米颗粒占比为70-90％。

5、本发明第二方面提供一种本发明所述的电催化剂的制备方法，该方法包括：

6、(1)往含水、醇的溶剂中加入含氮有机物、铂源，分散均匀后，加入引发剂进行聚合反应，分离、干燥得电催化剂前驱体；

7、(2)于还原性气氛中对所述电催化剂前驱体焙烧。

8、本发明第三方面提供一种本发明所述的电催化剂在烷烃电催化脱氢中的应用。

9、通过上述技术方案，本发明提供的电催化剂，载体中，介孔的比表面积与载体总比表面积的比值为0.6-0.85；铂纳米颗粒中，粒径为2-5nm的铂纳米颗粒占比为70-90％；具有前述特征的电催化剂，所述铂纳米颗粒均匀分散在所述载体上，具有优异的电催化性能。本发明所述的电催化剂，用于烷烃电催化脱氢，脱氢反应电位低。

10、本发明所述的制备方法，在含氮有机物聚合反应体系中引入醇，可以控制聚合单体的聚合动力学以及溶剂极性，实现调控含氮前驱物的聚合自组装行为的目的，实现对所得产物孔道结构的控制，促进铂纳米粒子的均匀分散负载，从而提升催化剂的催化性能；最终制备得到本发明所述的电催化剂。

技术特征：

1.一种电催化剂，其特征在于，该电催化剂包括载体和负载在载体上的铂纳米颗粒；

2.根据权利要求1所述的电催化剂，其中，

3.根据权利要求1或2所述的电催化剂，其中，

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电催化剂，其中，

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电催化剂，其中，

6.一种权利要求1-5中任意一项所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其中

9.根据权利要求6-8中任意一项所述的制备方法，其中

10.权利要求1-5中任意一项所述的电催化剂在烷烃电催化脱氢中的应用，优选所述烷烃为c5-c10的烷烃中的至少一种，更优选为环己烷。

技术总结本发明涉及电催化剂技术领域，具体涉及一种电催化剂及其制备方法和应用。该电催化剂包括载体和负载在载体上的铂纳米颗粒；载体中，介孔的比表面积与载体总比表面积的比值为0.6‑0.85；铂纳米颗粒，粒径为2‑5nm的铂纳米颗粒占比为70‑90％。所述铂纳米颗粒均匀分散在所述载体上，具有优异的电催化性能。本发明所述的电催化剂，用于烷烃电催化脱氢，脱氢反应电位低。技术研发人员：田豪,童凤丫,宋磊,缪长喜,张涛,王昊受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/9