一种高催化活性金属间化合物催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及纳米材料，尤其涉及一种高催化活性金属间化合物催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、作为在酸性质子交换膜电解装置阴极发生的反应，析氢反应(her)面临的核心问题是开发高催化活性的电催化剂以及改善其较慢的反应动力学。目前电解水析氢过程主要使用高铂(pt)含量的催化剂，但是较高的价格和较差的稳定性限制了它的广泛应用。

2、通过优化材料的电子结构能有效调节her过程中活性位点对反应中间体的吸附性能，进而实现her反应动力学增强和稳定性的提高。为了调节材料电子结构和吸附性能，将多种特定元素合金化形成有序金属间结构是一种有效方案，与单金属纳米材料相比，合金纳米材料可具有更高的稳定性、优异的活性以及独特的电子性质。

3、目前已有公开的使用合金纳米材料应用于酸性介质条件下的her过程，专利cn113909487b公开了一种合金ptpd纳米枝晶酸性析氢催化剂，在材料完全由贵金属组成的情况下在10ma/cm2电流密度处过电势为10.8mv，反映反应动力学特征的塔菲尔斜率为23.9mv/dec；在专利cn117187751a公开了一种小尺寸铂基金属间化合物ptco/c催化剂应用于酸性析氢过程，在10ma/cm2电流密度处过电势为25mv，在100ma/cm2电流密度处过电势为84mv。上述材料的问题在于10ma/cm2电流密度处对应的过电势较高，100ma/cm2大电流密度处过电势仍较高，反应动力学较慢，且并未提及对催化剂稳定性的优化，不满足工业上对酸性析氢催化剂长寿命和高催化活性并存的要求，而且催化剂中贵金属铂的高含量也限制了进一步的应用。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高催化活性金属间化合物催化剂及其制备方法与应用，旨在解决现有催化剂在酸性析氢过程中反应过电势高，反应动力学较慢等问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种高催化活性金属间化合物催化剂，包括碳载体，以及负载于所述碳载体上的铂掺杂的钯铋金属间化合物；所述铂原子级分散于所述钯铋金属间化合物中。

4、所述的高催化活性金属间化合物催化剂，其中，所述铂掺杂的钯铋金属间化合物呈颗粒状，所述铂掺杂的钯铋金属间化合物的粒径为10nm～40nm。

5、所述的高催化活性金属间化合物催化剂，其中，所述碳载体选自碳黑、碳纳米管中的一种。

6、一种高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，包括步骤：

7、将铂源、钯源、铋源、还原剂、表面活性剂与1-十八烯、油胺和油酸的混合溶液进行混合，并进行搅拌加热处理，得到混合物；

8、利用第一有机溶剂对所述混合物进行洗涤，并与碳载体进行混合后分散于第二有机溶剂中，经离心处理，得到前驱体；

9、将所述前驱体进行焙烧处理，得到金属间化合物催化剂。

10、所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其中，所述铂源选自氯铂酸六水合物、氯铂酸铵、2,4-戊二酮铂、四氯化铂中的一种或多种；和/或，所述钯源选自氯化钯、乙酰丙酮钯、二溴化钯、乙酸钯、氯钯酸铵、二氯四氨钯中的一种或多种；和/或，所述铋源选自硫酸铋、乙酸铋、柠檬酸铋、硝酸铋、氯化铋、溴化铋中的一种或多种；和/或，所述还原剂为l-抗坏血酸、d-葡萄糖、六羰基钨中的一种或多种；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、双十烷基二甲基溴化铵中的一种或多种。

11、所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其中，所述铂源和所述钯源的摩尔比为1:3～1:30；所述钯源和所述铋源的摩尔比为(3～15):(4～16)；和/或，所述钯源或所述铋源与所述还原剂、所述表面活性剂的摩尔比为1:(5～10):(15～25)。

12、所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其中，所述油胺与所述1-十八烯的体积比为1:1～1:3；所述油酸与所述油胺的体积比为1:1～1:5。

13、所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其中，所述搅拌加热处理的温度为80℃～260℃，所述搅拌加热处理的时间为1h～4h，所述搅拌加热处理的搅拌速率为300rpm/min～800rpm/min。

14、所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其中，所述焙烧处理的焙烧气氛为5％氢气与惰性气体的混合气或空气；和/或，所述焙烧处理的温度为200℃～1000℃，所述焙烧处理的升温速率为5℃/min～10℃/min，所述焙烧处理的时间为1h～3h。

15、一种高催化活性金属间化合物催化剂作为阴极在酸性介质中电解水析氢系统中的应用。

16、有益效果：本发明提供一种高催化活性金属间化合物催化剂及其制备方法与应用，所述高催化活性金属间化合物催化剂包括碳载体，以及负载于所述碳载体上的铂掺杂的钯铋金属间化合物；所述铂原子级分散于所述钯铋金属间化合物中。本发明所提供的金属间化合物催化剂为铂原子掺杂的钯铋金属间化合物，且该铂掺杂的钯铋金属间化合物负载于导电性好的碳载体上，能够优化局部电子结构以提升催化性能，并且体系中铂原子级均匀分散，提高了铂原子的利用率；并且，该金属间化合物催化剂的催化活性高，稳定性好。

技术特征：

1.一种高催化活性金属间化合物催化剂，其特征在于，包括碳载体，以及负载于所述碳载体上的铂掺杂的钯铋金属间化合物；所述铂原子级分散于所述钯铋金属间化合物中。

2.根据权利要求1所述的高催化活性金属间化合物催化剂，其特征在于，所述铂掺杂的钯铋金属间化合物呈颗粒状，所述铂掺杂的钯铋金属间化合物的粒径为10nm～40nm。

3.根据权利要求1所述的高催化活性金属间化合物催化剂，其特征在于，所述碳载体选自碳黑、碳纳米管中的一种。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

5.根据权利要求4所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述铂源选自氯铂酸六水合物、氯铂酸铵、2,4-戊二酮铂、四氯化铂中的一种或多种；和/或，所述钯源选自氯化钯、乙酰丙酮钯、二溴化钯、乙酸钯、氯钯酸铵、二氯四氨钯中的一种或多种；和/或，所述铋源选自硫酸铋、乙酸铋、柠檬酸铋、硝酸铋、氯化铋、溴化铋中的一种或多种；和/或，所述还原剂为l-抗坏血酸、d-葡萄糖、六羰基钨中的一种或多种；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、双十烷基二甲基溴化铵中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述铂源和所述钯源的摩尔比为1:3～1:30；所述钯源和所述铋源的摩尔比为(3～15):(4～16)；和/或，所述钯源或所述铋源与所述还原剂、所述表面活性剂的摩尔比为1:(5～10):(15～25)。

7.根据权利要求4所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述油胺与所述1-十八烯的体积比为1:1～1:3；所述油酸与所述油胺的体积比为1:1～1:5。

8.根据权利要求4所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌加热处理的温度为80℃～260℃，所述搅拌加热处理的时间为1h～4h，所述搅拌加热处理的搅拌速率为300rpm/min～800rpm/min。

9.根据权利要求4所述的高催化活性金属间化合物催化剂的制备方法，其特征在于，所述焙烧处理的焙烧气氛为5％氢气与惰性气体的混合气或空气；和/或，所述焙烧处理的温度为200℃～1000℃，所述焙烧处理的升温速率为5℃/min～10℃/min，所述焙烧处理的时间为1h～3h。

10.一种如权利要求1-3任一项所述的高催化活性金属间化合物催化剂作为阴极在酸性介质中电解水析氢系统中的应用。

技术总结本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种高催化活性金属间化合物催化剂及其制备方法与应用，所述高催化活性金属间化合物催化剂包括碳载体，以及负载于所述碳载体上的铂掺杂的钯铋金属间化合物；所述铂原子级分散于所述钯铋金属间化合物中。本发明所提供的金属间化合物催化剂为铂原子掺杂的钯铋金属间化合物，且该铂掺杂的钯铋金属间化合物负载于导电性好的碳载体上，能够优化局部电子结构以提升催化性能，并且体系中铂原子级均匀分散，提高了铂原子的利用率；并且，该金属间化合物催化剂的催化活性高，稳定性好。技术研发人员：骆静利,罗水平,刘祥龙,符显珠受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11