一种铂基单原子电催化材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种铂基单原子电催化材料及其制备方法和用途，属于电催化领域。该铂基单原子电催化材料是以Anderson型杂多酸类化合物、多巴胺或其盐为原料制得的，所述Anderson型杂多酸类化合物为Anderson型杂多酸或其水合物、Anderson型杂多酸的盐或其水合物；Anderson型杂多酸的结构为：H8PtR6O

【技术实现步骤摘要】
一种铂基单原子电催化材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于催化领域，具体涉及一种铂基单原子电催化材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]铂(Pt)作为一种具有优异性能的电化学催化材料，广泛应用于工业催化、航天、电子、科学研究等多个领域。电化学催化作为催化反应中非常重要的组成部分，在燃料电池汽车、有机污染物降解、生物传感器、一氧化碳氧化、二氧化碳电催化还原、工业电解水制氢、工业电解水制氧等众多方面都具有非常重要的应用。
[0003]电催化分解水是一种重要的制氢技术。Pt由于其氢的吸附能
△
GH几乎为零，所以目前被认为是最为理想的电催化分解水析氢材料，但Pt作为贵金属元素其地壳含量较低，严重的制约了Pt作为电催化分解水析氢阴极电极材料的商业化发展。因此，如何制备出低成本的高效的Pt基电催化剂，仍然是许多材料科学家十分关注的课题。
[0004]铂碳催化剂(Pt@C)是将铂负载到活性炭上的一种载体催化剂，目前已经商业化。但是，商业化的铂碳在电催化反应中存在催化活性不足、稳定性差及催化剂易于中毒等问题，严重制约了Pt作为电催化材料的商业化应用之路。郭瑞轲报道了一种负载有临界Pt含量的AuPt合金纳米电催化剂(负载临界铂含量的纳米电催化剂在稀酸中的析氢性能与机理研究，湖南师范大学博士学位论文，2019年)，该报道以锌为中心离子的沸石咪唑酯骨架结构材料(Zn
‑
ZIF)作为分散剂和模板剂制备得到了负载有AuPt合金纳米粒子的分级多孔氮掺杂rGO(Au95Pt5
‑
PNrGO)催化剂。与商业铂碳相比，Au95Pt5
‑
PNrGO在酸性溶液中具有更优异的析氢催化性能。但是，该文献报道的纳米电催化剂的原料中采用了昂贵的Au，生产成本高，不利于商业化应用；此外，该文献并没有报道其纳米电催化剂在碱性溶液中也具有比商业铂碳更优异的析氢催化性能，无法满足在广泛pH范围下使用的需求。
[0005]因此，开发出生产成本低，且能够在酸性和碱性溶液中都具有优异的催化活性和稳定性的电催化材料具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种铂基单原子电催化材料及其制备方法和用途。
[0007]本专利技术提供了一种铂基单原子电催化材料，所述铂基单原子电催化材料是以Anderson型杂多酸类化合物、多巴胺或其盐为原料制得的，所述Anderson型杂多酸类化合物为Anderson型杂多酸或其水合物、Anderson型杂多酸的盐或其水合物；Anderson型杂多酸的结构为：H8PtR6O
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，其中R为过渡金属。
[0008]Anderson型杂多酸，又称Anderson型多金属氧酸盐，是一类具有特殊结构和性质的多金属
‑
氧簇无机化合物。
[0009]进一步地，所述Anderson型杂多酸类化合物为Na5[H3PtR6O
24
]或其水合物，其中R为W或Mo；
[0010]和/或，所述多巴胺的盐为盐酸多巴胺。
[0011]进一步地，所述Anderson型杂多酸类化合物为Na5[H3PtW6O
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]·
20H2O。
[0012]进一步地，所述Anderson型杂多酸类化合物、多巴胺或其盐的质量比为1：(1～4))，优选为1：2。
[0013]进一步地，所述铂基单原子电催化材料的制备方法包括以下步骤：
[0014](1)将Anderson型杂多酸类化合物、多巴胺或其盐加入水中，混合均匀，制得前驱体；
[0015](2)将前驱体热处理，得到铂基单原子电催化材料。
[0016]进一步地，步骤(1)中，所述混合均匀的条件为在室温下搅拌；
[0017]和/或，步骤(2)中，所述热处理的条件为在惰性气体氛围下于800～1000℃下加热1～3小时。
[0018]进一步地，步骤(1)中，所述搅拌时间为2小时以上；
[0019]和/或，步骤(2)中，所述热处理的条件为在惰性气体氛围下于90℃下加热2小时。
[0020]本专利技术还提供了上述铂基单原子电催化材料在制备电催化材料中的用途。
[0021]进一步地，所述电催化材料为电催化析氢材料或燃料电池材料中的用途。
[0022]进一步地，所述电催化析氢材料为活性阴极材料。
[0023]本专利技术通过PtW6O
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分子框架中Pt
‑
O
‑
W共价键原位限域Pt单子的策略，实现了Pt单原子在WC晶格中的高效掺杂，Pt单原子载量高达9.16wt％，制得了具有原子级分散的Pt活性位点在超小WC
x
晶体中完成晶格取代的Pt基单原子电催化材料。
[0024]本专利技术的铂基单原子电催化剂Pt
doped
@WC
x
在酸性溶液中的电催化析氢性能与商业铂碳相当，在碱性溶液中的电催化析氢性能显著高于商业铂碳。同时，本专利技术的铂基单原子电催化剂Pt
doped
@WC
x
在酸性溶液和碱性溶液中的长期耐久性均显著优于商业铂碳，质量活性与催化转换频率也显著优于商业铂碳。说明本专利技术制得的铂基单原子电催化剂Pt
doped
@WC
x
在宽pH区间内具有高活性、长期稳定的电催化性能。
[0025]此外，与实施例6、7所得铂基单原子电催化剂相比，实施例1所得铂基单原子电催化剂的电催化析氢性能明显更优。说明在900℃下热处理前驱体制得的铂基单原子电催化剂比在800℃、1000℃下热处理更有利于提高电催化剂的电催化析氢性能。
[0026]本专利技术的铂基单原子电催化剂在宽pH区间内具有高活性、长期稳定的电催化性能，在制备电催化材料中具有广阔的应用前景。
[0027]本专利技术铂基单原子催化剂的制备方法简单，原料易得，成本较低，适合工业化生产。
[0028]显然，根据本专利技术的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利技术上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
[0029]以下通过实施例形式的具体实施方式，对本专利技术的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均属于本专利技术的范围。
附图说明
[0030]图1为铂基单原子电催化剂Pt
doped
@WC
x
的合成示意图。其中，a为PtW6O
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和多巴胺DA
的示意图，b为PtW6O
24
@DA前驱体的示意图，c为Pt
doped
@WC
x
的示意图。
[0031]图2为扫描电镜图片:Pt
doped
@WC
x
(a)，Pt
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂基单原子电催化材料，其特征在于：所述铂基单原子电催化材料是以Anderson型杂多酸类化合物、多巴胺或其盐为原料制得的，所述Anderson型杂多酸类化合物为Anderson型杂多酸或其水合物、Anderson型杂多酸的盐或其水合物；Anderson型杂多酸的结构为：H8PtR6O
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，其中R为过渡金属。2.根据权利要求1所述的铂基单原子电催化材料，其特征在于：所述Anderson型杂多酸类化合物为Na5[H3PtR6O
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]或其水合物，其中R为W或Mo；和/或，所述多巴胺的盐为盐酸多巴胺。3.根据权利要求2所述的铂基单原子电催化材料，其特征在于：所述Anderson型杂多酸类化合物为Na5[H3PtW6O
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]
·
20H2O。4.根据权利要求1所述的铂基单原子电催化材料，其特征在于：所述Anderson型杂多酸类化合物、多巴胺或其盐的质量比为1：(1～4))，优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：马田，李爽，程冲，邱逦，马朗，周密，何超，朱笔挥，唐远姣，曹素娇，
申请(专利权)人：四川大学华西医院，
类型：发明
国别省市：