一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的合成与应用制造技术

发明专利技术名称：一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的合成与应用摘要：本发明专利技术涉及一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的合成和应用，所述Pt纳米粒子是通过还原氯铂酸钾在已合成的含有Co单原子的改性UiO

【技术实现步骤摘要】
一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的合成与应用


[0001]本专利技术涉及电催化析氢
，具体涉及一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的合成和应用。

技术介绍

[0002]能源是人类生存和发展的重要物质基础，也是当今国际政治、经济、军事外交关注的焦点，经济社会持续快速的发展离不开有力的能源保障。众所周知，氢能具有非常高的能量密度、可再生性和无污染等优点。而电解水析氢制得的氢气纯度可高达99％以上，这是工业上制备氢气的一种重要方法。将电能转化为较为稳定的化学能，在获得氢气的同时不会产生其它副产物，是一种对环境友好、实现可持续储氢的重要方法。在这方面，受到析氢反应(HER)动力学缓慢的限制，电解水析氢效率低，耗能高。因此，开发高活性和持久的电催化剂是加快这些反应从而提高能量转化效率的必经之路，研究催化材料对电催化产氢技术有着重要的意义。
[0003]金属有机骨架(MOFs)是一种由金属节点和有机配体有序组装的材料，具有优异的比表面积和功能可调性，被认为是通过热解生成碳基材料支持金属物种的重要前驱体。非常重要的是，含有杂原子的各种有机配体是单个金属原子的良好附着位点。特别是金属原子与杂原子之间的有效化学键可以实现金属原子的锚定，以减少热解过程中的迁移和聚集。电催化剂的催化性能一般主要由两个因素决定，包括催化活性位点的数量和单个活性位点的内在活性。最近的研究表明，通过减少催化剂颗粒的大小，可以增加催化活性位点的数量和更多暴露的活性表面积，通过调整金属位点和电子结构，可以增强金属位点的内在性质。将催化剂颗粒缩小到原子水平，为实现金属原子的最高利用效率，提高催化剂的内在催化活性提供了一条有效的途径。在这方面，与块体和纳米粒子相比，单原子催化剂由于其更大的几何、电化学表面积，更多暴露的活性中心，最大限度地提高了利用率和低成本，近年来备受关注。但是，据我们了解，目前应用于电催化析氢领域的贵金属催化剂的质量活性普遍不高，这增加了生产成本。
[0004]因此，合成一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料并将其用于电催化析氢研究，是本领域技术人员研究的方向。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于合成一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料，以解决现有技术中贵金属基催化材料价格昂贵、储存量少、工业化使用难度较大的问题。
[0006]本专利技术还提供一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的制备方法，通过所述方法能够制备复合电催化材料。
[0007]本专利技术还提供一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的应用，通过本发
明所述制备方法制备得到的复合电催化材料适用于酸性条件下的电催化析氢反应。
[0008]本专利技术采用的技术方案是这样的：
[0009]一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1)以ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸和四羧基苯基卟啉钴为原料，通过水热法制备得到中间体CoTCPP@UIO
‑
66；
[0011]步骤2)将中间体CoTCPP@UIO
‑
66，氯铂酸钾和硼氢化钠在去离子水中搅拌，得到前驱体Pt@CoTCPP@UIO
‑
66；
[0012]步骤3)将前驱体Pt@CoTCPP@UIO
‑
66放入管式炉中煅烧，生成复合电催化剂Pt@Co
‑
NC。
[0013]其中，所述步骤1)中，反应温度为130度，时间为12小时；
[0014]所述步骤2)中，还原反应时间为30min；
[0015]所述步骤3)中，煅烧温度为800度，时间为2小时；
[0016]本专利技术还提供了Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的应用，其特征在于，所述的Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料由权利要求1所述的方法制备得到；所述Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料适用于酸性条件下的电催化析氢应用，并表现出优异的效果。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0018]1、本专利技术提供的Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的制备方法，使得到的复合电催化材料Pt@Co
‑
NC维持了煅烧前Pt@CoTCPP@UIO
‑
66的形貌，能充分暴露活性位点；CoTCPP的加入一方面提供了单原子位点Co，另一方面卟啉结构中的吡咯N以及单原子锚定了金属Pt纳米粒子，形成了特殊的单原子锚定纳米粒子的复合结构。
[0019]2、本专利技术制备的Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料适用于酸性条件下的电催化析氢研究，并表现出优异的析氢效果以及稳定性。
附图说明
[0020]图1为实施1制备的UiO
‑
66的XRD图。
[0021]图2为实施1制备的UiO
‑
66的SEM图。
[0022]图3为实施2制备的CoTCPP@UIO
‑
66的XRD图。
[0023]图4为实施2制备的CoTCPP@UIO
‑
66的SEM图。
[0024]图5为实施3制备的Co
‑
NC的XRD图。
[0025]图6为实施3制备的Co
‑
NC的SEM图。
[0026]图7为实施3制备的Co
‑
NC的电催化析氢图。
[0027]图8为实施4制备的Pt@Co
‑
NC的SEM图。
[0028]图9为实施4制备的Pt@Co
‑
NC的XRD图。
[0029]图10为实施4制备的Pt@Co
‑
NC的电催化析氢图。
[0030]图11为实施4制备的Pt@Co
‑
NC的电催化阻抗图。
具体实施方式
[0031]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。
[0032]实施例1：
[0033]UiO
‑
66材料的制备方法，包括如下步骤：
[0034](1)将ZrCl4(0.39mg)、对苯二甲酸(0.277g)、苯甲酸(6g)加入到20mL DMF中，并搅拌30分钟以充分溶解原料，然后将其装入反应釜中，并在130度下反应12小时。待反应冷却后，离心得固体，并用DMF与乙醇洗涤数次，最后干燥得UIO
‑
66。
[0035]从图1的XRD图可以看出UiO
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66的成功合成，图2的SEM图可以看出制备UIO
‑
66的形貌呈现出八面体结构。
[0036]实施例2：
[0037]CoTCPP@UIO
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66材料的制备方法，包括如下步骤：
[0038](1)将ZrCl4(0.39mg)、对苯二甲酸(0.27本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用原位策略合成的Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料，其特征在于，所述电催化材料为复合电催化材料Pt@Co
‑
NC。2.一种Pt纳米粒子协同Co单原子双金属电催化材料的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1所述Pt纳米粒子和Co单原子电催化材料，包括如下步骤：步骤1)以ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸和四羧基苯基卟啉Co为原料，通过水热法制备得到中间体CoTCPP@UIO
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66；步骤2)将中间体CoTCPP@UIO
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66，氯铂酸钾和硼氢化钠在去离子水中搅拌，得到前驱体Pt@CoTCPP@UIO
‑
66；步骤3)将前驱体Pt@CoTCPP@UIO
‑
66放入管式炉中煅烧，生成复合电催化剂Pt@Co
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NC。3.根据权利要求2所述Pt纳米粒子协...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋雪婷，刘兴燕，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：