【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于清洁可持续新型能源制备应用领域，特别涉及二维金属烯的合成方法，并将其电催化氧还原方面的应用。
技术介绍
1、随着全球人口的增长和能源需求的快速增长，以化石燃料为动力的经济扩张，如气候变化、不平衡的能源短缺和环境破坏，使环境受到严重威胁，现在比以往任何时候都迫切需要环境友好型和可持续的能源技术。氢氧燃料电池因其高能量密度、足够的能量转换效率、低至零污染排放和高可靠性而引起了公众的关注，有望为住宅、汽车和固定电力系统提供可持续的清洁能源；此外，新兴的金属-空气电池，特别是理论能量密度比目前占主导地位的锂离子电池高出4倍的锌空电池，同时更便宜、更安全，也是很有前途的电源。
2、无论是氢氧燃料电池还是金属-空气电池，阴极氧还原(orr)都是电化学转化过程的核心，因为阴极orr比阳极氢氧化(hor)反应慢6个或更多个数量级，orr电催化剂的性能决定了相关器件的整体性能和效率。因此，开发具有增强活性和改善耐用性的具有成本效益的orr电催化剂对于这些新的能源转换技术的广泛应用是决定性的，但是这通常需要基于昂贵铂族金属的电催化剂来提高orr反应的活性和耐久性。
3、二维材料由于其超高比表面积、高度可接近表面空间和高度结构可调性等引人注目的特性而受到越来越多的关注。其中，金属烯，被称为石墨烯类似物，是一类二维非层状金属纳米材料，厚度通常小于5纳米，提升了贵金属利用率，大幅度降低成本，在电催化应用中日益繁荣。但是合金、表面应变和优化配位环境的使用导致金属烯在酸性介质中具有很高的orr活性，然而在碱性环境中提高o
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本申请提供一种pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环结构，包括环状结构的pd金属烯，pb呈单原子的状态掺入pd金属烯内部(亚表面掺杂)形成pdpb单原子合金，pd金属烯间隙位掺杂的h原子；其中pb单原子和h原子的掺杂调控了pd的电子结构，促进了氧气的吸附和碱性氧还原快速路径的发生，最终大幅度提升了碱性orr活性，是未来氢氧燃料电池以及金属-空气电池阴极材料的强有力候选者。
2、本专利技术中，所述pb元素所占的原子占比为8.9％，h原子的原子占比为32％，金属烯环的横向尺寸约为35-40nm。
3、本专利技术还提供一种pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环状结构的合成方法。主要通过三步法来合成多组分协同调控的环状金属烯结构，具体合成方法为：
4、(1)将50mg pdcl2，160mg pvp，185mg ctab溶于10ml ch2o溶剂中搅拌均匀后转移至密封玻璃瓶，然后向玻璃瓶中通入co气体，40℃下反应得到pd金属烯；
5、(2)然后将25mg pdcl2，10mg pbcl2溶于5ml ch2o溶剂中搅拌均匀，将该溶液转移至步骤(1)得到的pd金属烯前驱体中，40℃下进行外延生长得到pdpb金属烯；
6、(3)将步骤(2)得到的pdpb金属烯用乙醇离心洗涤后溶于10ml ch2o中，最后将pdpb金属烯转移到反应釜中，在120℃下处理6h，冷却到室温后，将溶液离心洗涤后得到pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环状结构。
7、步骤(1)所述玻璃瓶中通入co气体压强为1bar，通入时间为8min；采用油(水)浴锅加热，油(水)浴锅的温度为40℃，油(水)浴加热时间为9h。
8、步骤(2)采用油(水)浴锅加热，所述油(水)浴锅温度为40℃，油(水)浴加热时间为9h。
9、步骤(3)所述高压釜反应温度为120℃，反应时间为6h。
10、本专利技术的有益效果是：
11、(1)所得到的pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环氧还原半波电位达到0.958v，在0.9vvsrhe对应的电流密度下的质量活性和比活性相对于商业pt/c分别提升了10.5倍和10.4倍，这大大提升了铂族金属的利用率，降低了在电化学应用中的昂贵成本。
12、(2)所得到的pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环具有优异的稳定性，在催化剂耐久性测试中发现经过5万圈的循环次数后，pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环的半波电位下降的数值可忽略不计。
13、因此pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环为催化剂设计提供了新的机会，从而促进了基于稳定氢化物金属烯材料在未来燃料电池的商业化。
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1.一种Pb单原子掺杂的PdHX金属烯纳米环状结构，其特征在于，包括环状结构的Pd金属烯，Pb呈单原子的状态掺入Pd金属烯内部形成PdPb单原子合金，Pd金属烯间隙位掺杂H原子。
2.根据权利要求1所述的Pb单原子掺杂的PdHX金属烯纳米环状结构，其特征在于，其中所述Pb元素所占的原子占比为8.9％，H原子的原子占比为32％，金属烯环的横向尺寸约为35-40nm。
3.一种Pb单原子掺杂的PdHX金属烯纳米环状结构的制备方法，其特征在于，至少包括：
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述玻璃瓶中通入CO气体压强为1bar，通入时间为8min；40℃下反应时间为9h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中40℃下反应时间为9h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述高压釜反应时间为6h。
7.如权利要求1所述的Pb单原子掺杂的PdHX金属烯纳米环状结构作为碱性电催化氧还原剂的应用。
【技术特征摘要】
1.一种pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环状结构，其特征在于，包括环状结构的pd金属烯，pb呈单原子的状态掺入pd金属烯内部形成pdpb单原子合金，pd金属烯间隙位掺杂h原子。
2.根据权利要求1所述的pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环状结构，其特征在于，其中所述pb元素所占的原子占比为8.9％，h原子的原子占比为32％，金属烯环的横向尺寸约为35-40nm。
3.一种pb单原子掺杂的pdhx金属烯纳米环状结构的制备方法，其特征在于，...
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