一种Pt-NiFeCo@NF-E铂基催化剂及其制备方法及应用

本发明属于电化学催化，具体涉及一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂及其制备方法及应用。

背景技术：

1、化石能源在燃烧使用的过程中会释放出大量的二氧化碳气体甚至有毒气体，致使大气污染、温室效应、酸雨等一系列环境问题不断涌现，对生态环境造成严重的威胁和损害。我们急需可再生绿色能源以替代传统的化石能源。相比于传统能源，氢能具有无污染、比能量高等优势成为了理想的替代能源。众多的产氢方式中，电解水制氢作为一种新型的氢气产生方式，近年来受到科学家的广泛关注。析氢反应和析氧反应是电解水的关键反应，但是其较大的反应势垒和缓慢的反应动力学过程严重影响制氢效率。迄今为止，钌或铱氧化物仍然是最有效的析氧反应电催化剂，而商业pt/c被认为是最有效的析氢反应电催化剂。然而此类材料价格昂贵，储量稀少，稳定性不足，极大的限制了催化剂的应用。因此，设计和开发高效贵金属单原子催化剂来提高金属原子利用率、增强关键反应的电催化本征活性尤为重要。

2、在单原子催化剂中，由于稳定单原子的局域配位环境高度依赖于载体材料缺陷位点的局部电子结构，因此催化活性受载体材料的影响很大。各种负载型单原子材料，如碳材料、金属有机框架和金属（氢）氧化物等由于其缺陷易调控，能为单原子提供良好的局域环境而备受关注。这些材料，特别是镍基氢氧化物材料因其价格低廉、形貌可控、具有低的her和oer过电位等特性，成为金属单原子载体研究的热点材料。但是具有高催化活性位点的单原子催化剂的制备仍面临巨大的挑战，因此亟需开发一种简单、高效的方法实现铂基电解水和海水催化剂的制备。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂及其制备方法及其在电催化裂解水和海水中的应用。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂，由生长在泡沫镍上的钴掺杂镍基氢氧化物基体和负载在所述基体上的铂活性结构组成，所述铂活性结构由准成对铂单原子和铂二聚体组成。

4、优选的，铂基催化剂中pt元素的质量百分比≤15%。

5、优选的，所述铂活性结构中心铂的存在形式为0价、2价和4价铂中的一种或任意组合。

6、优选的，所述铂基催化剂中存在阳离子空位。

7、所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂的制备方法，先利用水作为溶剂通过水热法制备出镍基纳米片材料nifeco@nf；然后将nifeco@nf加入naoh水溶液中，使用油浴加热法制备出具有阳离子空位的nifeco@nf-e催化剂；最后通过室温浸渍法将nifeco@nf-e催化剂负载铂基。

8、优选的，所述水热法的温度为150-200 ℃。

9、优选的，油浴加热法的温度为60-120 ℃，油浴加热法的处理时间为1-2.5h。

10、优选的，所述室温浸渍法的静置时间为40-240min。

11、优选的，镍基纳米片材料nifeco@nf所使用的原料为co(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、尿素和nh4f。

12、所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂在电催化全解水或海水中的应用。

13、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

14、（1）本发明通过简单的氢氧化钠刻蚀的方法制备阳离子空位，有效的提高了金属氢氧化物的催化活性和稳定性，并且为铂原子的负载提供了位点；

15、（2）本发明通过准成对的铂单原子和铂二聚体可以使水和海水更容易裂解成氢气和氧气。

技术特征：

1.一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂，其特征在于，由生长在泡沫镍上的钴掺杂镍基氢氧化物基体和负载在所述基体上的铂活性结构组成，所述铂活性结构由准成对铂单原子和铂二聚体组成。

2.根据权利要求1所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂，其特征在于，铂基催化剂中pt元素的质量百分比≤15%。

3.根据权利要求1所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂，其特征在于，所述铂活性结构中心铂的存在形式为0价、2价和4价铂中的一种或任意组合。

4.根据权利要求1所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂，其特征在于，所述铂基催化剂中存在阳离子空位。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂的制备方法，其特征在于，先利用水作为溶剂通过水热法制备出镍基纳米片材料nifeco@nf；然后将nifeco@nf加入naoh水溶液中，使用油浴加热法制备出具有阳离子空位的nifeco@nf-e催化剂；最后通过室温浸渍法将nifeco@nf-e催化剂负载铂基。

6.根据权利要求5所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热法的温度为150-200 ℃。

7.根据权利要求5所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂的制备方法，其特征在于，油浴加热法的温度为60-120 ℃，油浴加热法的处理时间为1-2.5h。

8.根据权利要求5所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂的制备方法，其特征在于，所述室温浸渍法的静置时间为40-240min。

9.根据权利要求5所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂的制备方法，其特征在于，镍基纳米片材料nifeco@nf所使用的原料为co(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、尿素和nh4f。

10.如权利要求1-4任意一项所述的一种pt-nifeco@nf-e铂基催化剂在电催化全解水中的应用。

技术总结本发明公开了一种Pt‑NiFeCo@NF‑E铂基催化剂及其制备方法及应用，属于电化学催化技术领域；该催化剂是由生长在泡沫镍上的钴掺杂镍基氢氧化物基体和负载在所述基体上的铂活性结构组成，所述铂活性结构由准成对铂单原子和铂二聚体组成；依次通过水热法、油浴加热法以及室温浸渍法制成；用于电催化全解水和海水；本发明通过氢氧化钠刻蚀制备阳离子空位，有效的提高了金属氢氧化物的催化活性和稳定性，并且为铂原子的负载提供了位点；通过准成对的铂单原子和铂二聚体可以使水和海水更容易裂解成氢气和氧气。技术研发人员：宋艳慧,张鹏飞,申永庆,刘培植,陶乐宇,郭俊杰受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30