一种碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法技术

本发明专利技术公开了一种碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法，该方法以碳材料为基底，硼氢化钠为还原剂，氢氧化钠为活化剂，室温下采用简单的固相方法在碳材料上负载金属团簇，制备方法绿色、简单，不使用有机溶剂和封盖剂。本发明专利技术制得的碳载金属团簇复合催化剂具有较大的比表面积，显示出丰富的活性位点，具有较高的析氢性能和稳定性。对实现金属团簇与碳材料基底之间的界面效应具有重要意义。基底之间的界面效应具有重要意义。基底之间的界面效应具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法，该碳载金属团簇复合催化剂在电催化析氢反应方面展现出较高的催化活性。

技术介绍

[0002]在各种多相催化剂中，负载型金属纳米催化剂因其具有较高的本征活性、稳定性而受到广泛关注。首先，负载在载体上的金属纳米颗粒可以显著降低表面能，从而限制了金属纳米颗粒的聚集，延长了催化剂的使用寿命。其次，金属纳米颗粒与载体之间高效的协同效应和电子效应，改善了金属纳米颗粒的分散性，提高了催化活性。研究发现，负载型金属纳米催化剂的催化活性与金属纳米颗粒的大小和分散性密切相关。一般来说，减小金属纳米颗粒可以显著提高比表面体积比，暴露更多的表面原子并改变表面的几何和电子结构，从而显著提高其催化活性。优化金属纳米颗粒的尺寸和耦合效应，使表面原子更具活性并改变表面的几何和电子结构，这已被证明是提高催化活性和原子效率的有效策略。
[0003]一般来说，金属原子团簇在有限的尺寸范围内(＜2nm)含有较高的表面原子，这是良好的活性相的首选。然而，由于金属原子团簇具有较高的表面能和反应活性，金属原子团簇容易聚集和分离，导致催化活性下降和失活。通常需要表面活性剂来控制金属团簇的尺寸并防止其聚集，但是，这些有机物种会阻碍活性位点，导致催化活性和选择性的丧失。同时，寻找合适的、具有强金属
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载体相互作用的催化剂载体至关重要。碳材料作为催化剂载体具有明显的优点，包括易于还原金属相、高面容比、耐酸碱性好、结构耐高温、金属相易于回收、成本较低等。因此，迫切需要一种制备高分散负载型金属纳米催化剂的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法。
[0005]针对上述目的，本专利技术采用的技术方案是：将3g碳材料和1.6g氢氧化钠置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入2.5mol固相金属前体研磨30分钟，然后加入1.5g硼氢化钠，继续研磨60分钟。反应完后用去离子水洗涤、真空干燥，得到碳载金属团簇复合催化剂。
[0006]上述制备方法中，所述的碳材料与氢氧化钠的质量比为3:1～3:2。
[0007]上述制备方法中，所述的金属浓度为1～4mol。
[0008]上述制备方法中，所述的碳材料与硼氢化钠的质量比为3:1～3:2。
[0009]上述制备方法中，优选加入金属后需继续研磨15～35分钟。
[0010]上述制备方法中，优选加入硼氢化钠后需继续研磨50～70分钟。
[0011]本专利技术的有益效果如下：
[0012]1、与其他化学法相比，本反应采用固态策略，不需要表面活性剂或封盖剂，避免有机分子阻碍活性位点，同时，金属团簇尺寸较小，聚集现象不明显。该方法环境友好，步骤简单。
[0013]2、本专利技术碳载金属团簇复合催化剂作为析氢的电催化剂，具有优异的析氢活性和
稳定性，优于商业Pt/C并有效地解决了商业Pt/C稳定性差，价格昂贵等问题。
附图说明
[0014]图1是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇的XRD图。
[0015]图2是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇的TEM图。
[0016]图3是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇和商业Pt/C在0.5MH2SO4溶液中的LSV对比图。
[0017]图4是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇和商业Pt/C在0.5MH2SO4溶液中稳定性对比图。
[0018]图5是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇和商业Pt/C在1.0MKOH溶液中的LSV对比图。
[0019]图6是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇和商业Pt/C在1.0MKOH溶液中稳定性对比图。
[0020]图7是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇和商业Pt/C在1.0M磷酸缓冲盐溶液中的LSV对比图。
[0021]图8是实施例1制备的碳纳米碗载Ir团簇和商业Pt/C在1.0M磷酸缓冲盐溶液中稳定性对比图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于这些实施例。
[0023]实施例1
[0024]将3g自制碳纳米碗和1.6gNaOH置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入0.75gIrCl3研磨30分钟，然后加入1.5gNaBH4，继续研磨60分钟。反应完后用去离子水洗涤、真空干燥，得到产物碳纳米碗载Ir团簇。由图1和图2可见，Ir团簇成功负载在碳纳米碗上。
[0025]实施例2
[0026]将3g导电碳黑和1.6gNaOH置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入7.6gPd(acac)2研磨30分钟，然后加入1.5gNaBH4，继续研磨60分钟。反应完后用去离子水洗涤、真空干燥，得到产物导电碳黑载Pd团簇。
[0027]实施例3
[0028]将3g氧化石墨烯和1.6gNaOH置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入5.6gNi(acac)研磨30分钟，然后加入1.5gNaBH4，继续研磨60分钟。反应后用去离子水洗涤、真空干燥，得到产物氧化石墨烯载Ni团簇。
[0029]实施例4
[0030]将3g导电碳黑和1.6gNaOH置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入2.8gK2PtCl4研磨30分钟，然后加入1.5gNaBH4，继续研磨60分钟。反应后用去离子水洗涤、真空干燥，得到产物导电碳黑载Pt团簇。
[0031]实施例5
[0032]将3g活性碳和1.6gNaOH置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入2.6gPt(acac)2研
磨30分钟，然后加入1.5gNaBH4，继续研磨60分钟。反应后用去离子水洗涤、真空干燥。得到产物活性碳载Pt团簇
[0033]实施例6
[0034]将3g超电导电碳黑和1.6mgNaOH置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入2.7gRuCl3研磨30分钟，然后加入1.5gNaBH4，继续研磨60分钟。反应后用去离子水洗涤、真空干燥。得到产物超电导电碳黑载Ru团簇。
[0035]由图3，图4可见，实施例1得到的碳纳米碗载Ir团簇在0.5MH2SO4条件下10mAcm
‑2处的过电位为35mV，优于商业Pt/C(40mV)且稳定性优于商业Pt/C。
[0036]由图5，图6可见，实施例1得到的碳纳米碗载Ir团簇在1.0MKOH条件下10mAcm
‑2处的过电位为34mV，优于商业Pt/C(39mV)且稳定性优于商业Pt/C。
[0037]由图7，图8可见，实施例1得到的Ir碳纳米碗载Ir团簇在1.0M磷酸缓冲盐溶液条件下10mAcm
‑2处的过电位为37mV，优于商业Pt/C(39mV)且稳定性优于商业Pt/C。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法，其特征在于：将3g碳材料和1.6g氢氧化钠置于玛瑙研钵中研磨10分钟，然后加入2.5mol固相金属前体研磨30分钟，然后加入1.5g硼氢化钠，继续研磨60分钟。反应完后用去离子水洗涤、真空干燥，得到碳载金属团簇复合催化剂。2.根据权利要求1所述的碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法，其特征在于：金属前体可以是IrCl3、Pd(acac)2、PtCl2、Pt(acac)2、Ru(acac)3、Ni(acac)、Co(acac)等。3.根据权利要求1所述的碳载金属团簇复合催化剂的通用合成方法，其特征在于：碳材料可以是超电导电碳黑、导电碳黑、氧化石墨烯、活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐广蕊，赵英秀，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：