【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化剂制备，具体涉及一种氧化物载体负载金属纳米颗粒异构催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、电催化水分解产生的绿色氢与可再生能源相结合，被认为是未来能源。析氧动力学缓慢和阳极催化剂腐蚀严重阻碍了酸性水电解槽的广泛应用。电解水在碱性溶液中可以有效地缓解上述氢气生成的限制；然而，由于碱性溶液中缺乏质子，碱性析氢的动力学比酸性析氢的动力学低大约两到三个数量级，因此水的吸附和解离产生质子是碱性析氢的基本前提。
2、在现有的pt基析氢催化剂中加入亲氧元素是提高其碱性析氢活性的一种常用策略，可促进其对水的吸附和解离。过渡金属基材料作为提高催化活性的外来亲氧物质，如pt/nio(如专利文献cn109301222a)、pt/nioh(如专利文献cn115449838a)等已被广泛应用。然而，由于热力学稳定性较低，它们的不稳定性严重限制了它们在高过电位下的进一步应用。或者，开发具有高热力学稳定性的前过渡金属氧化物，以促进贵金属的分散性、稳定性和催化性能，如pt/tio2(如专利文献cn108114712b)、pt/wo3(如专利文献cn103022520a)、pt/moo3(如文献，王军,李文钊.还原气氛下金属—半导体催化体系pt/moo3和pt/co3o4中电荷和物种传递特…[j].分子催化,1996,010(004):275-280.)等。然而，它们固有的低导电性严重限制了它们作为电催化剂载体的应用。镧系稀土金属掺杂是提高导电性能和亲氧性，促进水在碱性环境下吸附解离的一种简便有效的方法。
3、鉴于此，
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种氧化物载体负载金属纳米颗粒异构催化剂及其制备方法和应用，利用不同金属的氧化还原电势差，通过一步快速高温热解的方法，能够实现合金纳米颗粒均匀分布在氧化物载体上的异构催化剂的合成。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种氧化物载体负载金属纳米颗粒异构催化剂的制备方法，包括：将易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液混合均匀后滴加至碳质基体上，随后经瞬态高温处理，即得异构催化剂。
4、作为本专利技术技术方案的进一步优选，易氧化金属盐溶液中的金属离子选自ti、nb、ta、v、hf、zr、y、cr、mn、al、mg、mo、w、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、er、tm、yb、lu中的一种或多种。
5、作为本专利技术技术方案的进一步优选，易还原金属盐溶液中的金属离子选自pt、ir、ru、rh、pd、au、ag、fe、co、ni、cu、zn、sn中的一种或多种。
6、作为本专利技术技术方案的进一步优选，易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液均为金属硝酸盐溶液、金属氯化盐溶液、金属硫酸盐溶液中的一种或多种。
7、作为本专利技术技术方案的进一步优选，易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液的浓度分别为0.01～1mol/l、0.01～1mol/l。
8、作为本专利技术技术方案的进一步优选，易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液的体积比为0.5～100：1。
9、作为本专利技术技术方案的进一步优选，碳质基体选自炭黑、碳纤维、石墨烯、石墨、碳纳米管、碳纸、碳布、碳化木头中的一种或多种。可以理解的是，上述碳基材料的使用只是示例性的，具体的种类可以根据使用需要进行灵活选择。
10、作为本专利技术技术方案的进一步优选，碳质基体上总负载量为1～30％；也即处理完后易氧化金属盐会转化为金属氧化物，易还原金属盐会转化为金属形态，二者的共同负载量即为上述所述的总负载量。
11、作为本专利技术技术方案的进一步优选，瞬态高温处理选自焦耳热直接加热法、热传导加热法或辐射加热法中的一种。其中，所述高温短时加热法可以为焦耳热直接加热法，采用恒流或恒压电源，对正极或负极片进行通电加热，输出电流范围为1～40a，输出电压范围为10～200v，加热时间最短可实现5ms；或者，所述高温短时加热法可以为热传导加热法，采用恒流或恒压电源对碳基焦耳热材料进行通电加热，以碳基焦耳热材料为热台，通过物理接触传热作用，实现电池极片高温短时热处理；或者，所述高温短时加热法可以为辐射加热法，所述辐射加热法包括闪光灯照射加热法、脉冲激光加热法或连续激光加热法。上述处理方法均为现有技术，以本领域技术人员能够实现为准。
12、作为本专利技术技术方案的进一步优选，瞬态高温处理的温度为800～3000℃，处理时间为1ms～5s。可以理解的是，上述温度可以是800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃、1600℃、1700℃、1800℃、1900℃、2000℃、2100℃、2200℃、2300℃、2400℃、2500℃、2600℃、2700℃、2800℃、2900℃、3000℃中的具体数值或者800～3000℃范围内的任一数值；上述处理时间可以为1ms、10ms、20ms、30ms、40ms、50ms、60ms、20ms、80ms、90ms、100ms、2s、3s、4s、5s中的具体数值或者1ms～5s范围内的任一数值。
13、第二方面，本专利技术请求保护上述制备方法制备得到的异构催化剂。
14、第三方面，本专利技术还请求保护上述异构催化剂在电化学催化中的应用。
15、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
16、1、本专利技术提供的制备方法，采用不同金属之间的氧化还原电势差，简单、快速的得到金属盐溶液前驱体，然后快速高温处理，得到易还原金属纳米颗粒均匀分布在易氧化金属氧化物载体上；采用本专利技术提供的方法能够根据需要灵活设计含不同金属种类和数量(1～20种)的异构纳米颗粒。
17、2、同时，本专利技术提供的制备方法无需多步处理，处理方法更加简单，可以直接得到金属纳米颗粒分布在金属氧化物载体，整体上实现活性位点的充分暴露，促进电荷和质量传输。
18、3、本专利技术制备得到的金属@氧化物异构纳米颗粒，金属/合金尺寸小、分布均匀(ptco合金纳米颗粒尺寸3.8nm左右)，且可拓展到高熵合金纳米颗粒与高熵氧化物(例如ptirrurhpd@tio2，pt@tizrnbvhfo，ptirrurhpd@tizrnbvhfo,ptirrurhpdfeconimn@tizrnbvhfceo等)，且制备得到的异构纳米颗粒的电催化析氢性能好。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种氧化物载体负载金属纳米颗粒异构催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液混合均匀后滴加至碳质基体上，随后经瞬态高温处理，即得异构催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易氧化金属盐溶液中的金属离子选自Ti、Nb、Ta、V、Hf、Zr、Y、Cr、Mn、Al、Mg、Mo、W、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易还原金属盐溶液中的金属离子选自Pt、Ir、Ru、Rh、Pd、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Sn中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液均为金属硝酸盐溶液、金属氯化盐溶液、金属硫酸盐溶液中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液的浓度分别为0.01～1mol/L、0.01～1mol/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易氧化
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碳质基体选自炭黑、碳纤维、石墨烯、石墨、碳纳米管、碳纸、碳布、碳化木头中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碳质基体上总负载量为1～30％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，瞬态高温处理选自焦耳热直接加热法、热传导加热法或辐射加热法中的一种。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，瞬态高温处理的温度为800～3000℃，处理时间为1ms～5s。
11.权利要求1～10任一项所述制备方法得到的异构催化剂。
12.权利要求11所述异构催化剂在电化学催化中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种氧化物载体负载金属纳米颗粒异构催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液混合均匀后滴加至碳质基体上，随后经瞬态高温处理，即得异构催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易氧化金属盐溶液中的金属离子选自ti、nb、ta、v、hf、zr、y、cr、mn、al、mg、mo、w、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、er、tm、yb、lu中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易还原金属盐溶液中的金属离子选自pt、ir、ru、rh、pd、au、ag、fe、co、ni、cu、zn、sn中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易氧化金属盐溶液和易还原金属盐溶液均为金属硝酸盐溶液、金属氯化盐溶液、金属硫酸盐溶液中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，易氧化金...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚永刚，石文辉，刘瀚文，刘世瑾，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。