一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法，将铂单原子(Pt

【技术实现步骤摘要】
一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及电催化析氢材料
，尤其是涉及一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]具有超高原子利用率和丰富活性位点的单原子催化剂(SAC)可以显著的提高催化剂的电催化性能，被认为是大多数催化反应的有潜力的候选材料。目前，诸多研究主要集中在通过抑制合成过程或电催化反应过程中单原子(SA)的团聚来提高SAC的电催化活性。最近，很多研究报道为在具有特定配位的载体表面上担载SA，以探索其电催化活性和循环稳定性。虽然与载体会形成强化学键可以调节SA的内在催化性能，但由于SA在载体表面上暴露，容易对其长循环性能产生不利的影响。因此，能将SA限制在载体内部而提高SAC的循环稳定性则显得尤为重要。金属有机框架(MOFs)具有周期性的孔隙和独特的结构，被认为是SA实现循环稳定性的理想载体，而且根据不同种类配位金属的选择，可以设计成各种功能性杂化配合物。此外，MOFs也被认为是封装纳米粒子(NPs)的新一代理想载体，与传统的多孔材料NPs与MOFs的相互作用也可以促进质子和电荷的转移。MOFs的衍生物也被认为是优良的载体，因为它们的衍生物多孔碳具有高导电性和环境稳定性等诸多优点。
[0003]电催化析氢是获得化学燃料以实现能源可持续性和有效减少二氧化碳排放的一种很有前景的方案。在电催化析氢反应(HER)催化剂的各种金属中，铂(Pt)因其固有的超低H吸附吉布斯自由能(|ΔG
H*
|，～0.0071eV)而具有低过电位和快速动力学反应，是提高HER性能最有效的活性金属。然而，Pt金属的高成本、超低利用率和较差的循环稳定性严重限制了其进一步大规模应用。单原子Pt(Pt
SA
)可以最大限度地提高原子利用效率，从而降低催化剂成本并保持其优越的HER活性。相关研究发现，单分散金属原子，如Fe、Co、Ni、Pd和Pt，以及一些通过调节Pt的d
‑
带来增强HER活性的Pt合金纳米晶体在各种载体上均表现出较高的电催化活性和循环耐久性。然而，这种SA材料和Pt合金纳米晶体在长期循环过程中仍然存在溶解、腐蚀和团聚的问题，导致催化活性和循环耐久性快速下降。目前的研究并未详细阐明通过调节Pt
SA
周围环境来调整金属合金与SA之间的相互关系。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法及应用，解决了SA材料和Pt合金纳米晶体在长期循环过程中存在溶解、腐蚀和团聚的问题，增加了其电催化HER活性和循环耐久性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、PtNPs的合成：
[0007]首先，将六水合氯铂酸粉末溶解在去离子水中形成均匀溶液，为溶液A；
[0008]其次，将聚乙烯吡咯烷酮添加到溶剂中以形成均匀溶液，为溶液B；
[0009]再次，将溶液A滴加到溶液B中，搅拌0.5h得到混合溶液；
[0010]最后，将上述混合溶液加热至73℃并在N2气氛下回流3h，通过旋转蒸发法去除多余的溶剂得到PtNPs，然后用无水丙酮和氯仿分别洗涤三次来收集最终的PtNPs，并均匀分散在溶剂中，浓度控制在3mg/mL，得到PtNPs溶液；
[0011]S2、Pt/ZIF
‑
67的合成：
[0012]首先，将钴盐溶解在溶剂中，为溶液A；
[0013]其次，将2
‑
甲基咪唑和上述PtNPs溶液分散在溶剂中，得到溶液B；
[0014]再次，将溶液A滴加到溶液B中后，搅拌2h，再陈化24h，得到紫色沉淀；
[0015]最后，将所得紫色沉淀用甲醇洗涤3次，在真空干燥箱中60℃干燥12h，得到Pt/ZIF
‑
67；
[0016]S3、Co
n
Pt
‑
Pt
SA
/NDPCF的合成：将含有不同比例Co的Pt/ZIF
‑
67在管式炉中，在Ar气氛中以2℃/min的升温速率升温至500
‑
900℃,煅烧2h得到Co
n
Pt
‑
Pt
SA
/NDPCF，其中n为0.5或1或2。
[0017]优选的，通过调节钴盐和PtNPs的含量，获得了含有不同比例Co的Pt/ZIF
‑
67。
[0018]优选的，所述钴盐为七水合硫酸钴、六水合硝酸钴和六水合氯化钴中的一种。
[0019]优选的，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙酮和水中的一种。
[0020]优选的，所述步骤S3中的Ar气氛纯度为99.999％。
[0021]优选的，一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法包括以下步骤：
[0022]S1、PtNPs的合成：
[0023]首先，将0.120mmol的六水合氯铂酸粉末溶解在20mL去离子水中形成均匀溶液，为溶液A；
[0024]其次，将0.015mmol聚乙烯吡咯烷酮添加到60mL乙醇中以形成均匀溶液，为溶液B；
[0025]再次，将20mL溶液A滴加到溶液B中，搅拌0.5h得到混合溶液；
[0026]最后，将上述混合溶液加热至73℃并在N2气氛下回流3h，通过旋转蒸发法去除多余的溶剂得到PtNPs，然后用无水丙酮和氯仿分别洗涤三次来收集最终的PtNPs，PtNPs均匀分散在乙醇中，浓度控制在3mg/mL，得到PtNPs溶液；
[0027]S2、Pt/ZIF
‑
67的合成：
[0028]首先，将12mmol的七水合硫酸钴溶解在120mL乙醇中，为溶液A；
[0029]其次，将48mmol的2
‑
甲基咪唑和8.8mL上述PtNPs溶液分散在40mL的乙醇中，得到溶液B；
[0030]再次，将溶液A滴加到溶液B中后，再搅拌2h，陈化24h，得到紫色沉淀；
[0031]最后，将所得紫色沉淀用甲醇洗涤3次，在真空干燥箱中60℃干燥12h，得到Pt/ZIF
‑
67；
[0032]S3、CoPt
‑
Pt
SA
/NDPCF的合成：将Pt/ZIF
‑
67在管式炉中，在Ar气氛中以2℃/min的升温速率升温至900℃,煅烧2h得到CoPt
‑
Pt
SA
/NDPCF。
[0033]一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中在电催化析氢中的应用。
[0034]将Pt
SA
和钴铂(CoPt)合金纳米晶体限制在氮掺杂多孔碳框架(CoPt
‑
Pt
SA
/NDPCF本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、PtNPs的合成：首先，将六水合氯铂酸粉末溶解在去离子水中形成均匀溶液，为溶液A；其次，将聚乙烯吡咯烷酮添加到溶剂中以形成均匀溶液，为溶液B；再次，将溶液A滴加到溶液B中，搅拌0.5h得到混合溶液；最后，将上述混合溶液加热至73℃并在N2气氛下回流3h，通过旋转蒸发法去除多余的溶剂，然后用无水丙酮和氯仿分别洗涤三次来收集最终的PtNPs，并均匀分散在溶剂中，浓度控制在3mg/mL，得到PtNPs溶液；S2、Pt/ZIF
‑
67的合成：首先，将钴盐溶解在溶剂中，为溶液A；其次，将2
‑
甲基咪唑和上述PtNPs溶液分散在溶剂中，得到溶液B；再次，将溶液A滴加到溶液B中后，搅拌2h，再陈化24h，得到紫色沉淀；最后，将所得紫色沉淀用甲醇洗涤3次，在真空干燥箱中60℃干燥12h，得到Pt/ZIF
‑
67；S3、Co
n
Pt
‑
Pt
SA
/NDPCF的合成：将含有不同比例Co的Pt/ZIF
‑
67在管式炉中，在Ar气氛中以2℃/min的升温速率升温至500
‑
900℃,煅烧2h得到Co
n
Pt
‑
Pt
SA
/NDPCF，其中n为0.5或1或2。2.根据权利要求1所述的一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法，其特征在于：通过调节钴盐和PtNPs的含量，获得了含有不同比例Co的Pt/ZIF
‑
67。3.根据权利要求2所述的一种铂单原子协同钴铂合金限制在氮掺杂的多孔碳中的制备方法，其特征在于：所述钴盐为七水合硫酸钴、六水合硝酸钴和六水合氯化钴中的一种。4.根据权利要求3所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉孜超，李梦媛，杨伟伟，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：