一种双活性位点电解水催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于电解水催化剂的制备，具体地，本发明涉及一种双活性位点电解水催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、可再生能源电解水制氢作为最重要的绿氢生产方式，受到了国内外的广泛关注。电解水制氢技术经过多年发展，已经形成了相对成熟的工艺方案和设备，但是仍存在制氢能耗高、电能转换效率低等问题。面向氢能行业全新的发展形势，降低制氢能耗是电解水制氢技术最重要的发展方向。在众多影响因素中，电催化剂性能对制氢能耗影响最显著，因此亟需开发活性位点丰富、电催化性能高的电催化剂，从核心材料层面解决制氢能耗高的难题。目前，行业内通常采用雷尼镍电催化剂，具有成本低、稳定性高的优点，但是雷尼镍电催化剂其本征活性相较于贵金属而言，依然存在较大的差距，导致其制氢能耗普遍高于4.5kwh/nm3.h2。因此，通过设计、制备高活性镍基电催化剂，取代雷尼镍电催化剂，是电解水制氢技术装备性能提升的重要路径。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明实施例提出一种双活性位点电解水催化剂及其制备方法和应用。

2、第一方面，本发明实施例提出了一种双活性位点电解水催化剂的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将三聚氰胺、铂源与水搅拌混合得到第一混合液，随后将所述第一混合液进行冷冻干燥处理，获得前驱体粉末；

4、(2)在惰性气氛中，将所述前驱体粉末进行煅烧处理，冷却后获得pt修饰载体粉末；

5、(3)将所述pt修饰载体粉末与尿素、硝酸镍、钼酸镍分散在水中得到第二混合液，随后对所述第二混合液依次进行搅拌处理、烘干处理；

6、(4)将所述步骤(3)烘干后获得的产物先在氢气气氛中进行烧结处理，之后再在惰性气氛中进行煅烧处理，冷却后获得所述双活性位点电解水催化剂。

7、本发明实施例首先通过将三聚氰胺与铂源混合后进行煅烧处理，可以在碳载体上引入单原子分散的pt催化位点，提升了催化剂表面的质子传导能力，进而可以降低贵金属pt的使用量；之后还通过在碳载体上合成ni基合金团簇，保证了催化剂表面活性位点的密度，在使用少量贵金属pt的条件下，大幅度降低了制氢能耗，并显著降低制氢成本。

8、在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述铂源为六水合氯铂酸、氯亚铂酸钾、硝酸铂中的至少一种，所述铂源在所述第一混合液中的摩尔浓度为0.0025～0.01mol/l。

9、在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述三聚氰胺在所述第一混合液中的质量浓度为20～50g/l；

10、和/或，所述搅拌混合的温度为室温，混合时间为1～3h；

11、和/或，所述冷冻干燥的温度为-60～-40℃，干燥时间为12～24h。

12、在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述煅烧处理的温度为500～900℃，煅烧时间为1～3h。

13、在一些实施例中，所述步骤(3)中，所述第二混合液中，所述pt修饰载体粉末的质量浓度为30～50g/l，所述尿素的质量浓度为5～10g/l，所述硝酸镍的质量浓度为10～20g/l，所述钼酸镍的质量浓度为3～5g/l。

14、在一些实施例中，所述步骤(3)中，所述搅拌处理的温度为室温，时间为5～8h；

15、和/或，所述烘干处理的温度为150～200℃，烘干时间为1～2h。

16、在一些实施例中，所述步骤(4)中，在所述氢气气氛中，所述烧结处理的温度为400～500℃，烧结时间为2～4h；

17、和/或，在所述惰性气氛中，所述煅烧处理的温度为600～800℃，煅烧时间为1～2h。

18、在一些实施例中，所述步骤(2)和/或步骤(4)中，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。

19、第二方面，本发明实施例还提出了一种双活性位点电解水催化剂，所述双活性位点电解水催化剂由如第一方面所述的制备方法制得。

20、本发明实施例中的双活性位点电解水催化剂催化效果好，稳定性高，成本低，具有较高的应用价值。

21、第三方面，本发明实施例还提出了如第二方面所述的双活性位点电解水催化剂在电解水制氢领域中的应用。

技术特征：

1.一种双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铂源为六水合氯铂酸、氯亚铂酸钾、硝酸铂中的至少一种，所述铂源在所述第一混合液中的摩尔浓度为0.0025～0.01mol/l。

3.根据权利要求1所述的双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述三聚氰胺在所述第一混合液中的质量浓度为20～50g/l；

4.根据权利要求1所述的双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述煅烧处理的温度为500～900oc，煅烧时间为1～3h。

5.根据权利要求1所述的双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述第二混合液中，所述pt修饰载体粉末的质量浓度为30～50g/l，所述尿素的质量浓度为5～10g/l，所述硝酸镍的质量浓度为10～20g/l，所述钼酸镍的质量浓度为3～5g/l。

6.根据权利要求1所述的双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述搅拌处理的温度为室温，时间为5～8h；

7.根据权利要求1所述的双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在所述氢气气氛中，所述烧结处理的温度为400～500℃，烧结时间为2～4h；

8.根据权利要求1所述的双活性位点电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和/或步骤(4)中，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。

9.一种双活性位点电解水催化剂，其特征在于，所述双活性位点电解水催化剂由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.一种如权利要求9所述的双活性位点电解水催化剂在电解水制氢领域中的应用。

技术总结本发明提出一种双活性位点电解水催化剂及其制备方法和应用，该催化剂的制备方法包括如下步骤：(1)将三聚氰胺、铂源与水搅拌混合，再经冷冻干燥后获得前驱体粉末；(2)在惰性气氛中，将前驱体粉末进行煅烧处理，冷却后获得Pt修饰载体粉末；(3)将Pt修饰载体粉末与尿素、硝酸镍、钼酸镍分散在水中搅拌混合后进行烘干处理；(4)将步骤(3)烘干后获得的产物先在氢气气氛中进行烧结处理，之后再在惰性气氛中进行煅烧处理，冷却后即得双活性位点电解水催化剂。本发明双活性位点电解水催化剂的制备方法工艺简单，易操作，制造成本低，且制得的双活性位点电解水催化剂具有良好的催化活性和稳定性。技术研发人员：王振兴,岳瑞,万芳,王博,杨灏,陈宏,任志博,王金意,郭伟琦,刘鹏受保护的技术使用者：华能张掖能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23