【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解海水，具体涉及多孔、多晶面颗粒拼接而成的四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂的制备及其电解海水应用，提供一种工艺简单、成本低廉的可直接电解海水催化剂制备方法。
技术介绍
1、传统的能源生产方式如化石燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳等温室气体，对环境造成严重的污染和气候变化。氢能源作为一种清洁、高效、高能量密度的能源形式，被认为是最有前途和可持续的替代燃料。电解水制氢获得高纯氢一直被认为是解决可再生能源间歇性的一种有前途的储能策略。然而，淡水资源的短缺可能会限制其工业应用。海水作为地球上最丰富的自然资源，海水电解代替淡水制氢被认为是最低成本和最清洁的策略之一对于直接海水电解，不仅节省了淡水资源，而且消除了昂贵的海水淡化需求，减少了电解系统不必要的复杂性和能源消耗和成本。此外，直接海水电解技术的进展却停滞不前，主要的挑战是电解系统在接近中性条件下的低效率和低稳定性差（真实海水的ph值在8.0 - 8.2之间）。在接近中性条件下，阳极易发生氯氧化（clor）和氯腐蚀导致催化剂失活；其次在无缓冲液的中性介质中析氧反应（oer）缓慢反应动力学导致的高能耗。因此，开发高选择性和高效的直接海水电解催化剂是必要的。
2、在非贵金属催化剂中，过渡金属氧化物（tmos）因其晶体结构、丰富的储量和环境友好性而被广泛关注，如钴（co）基氧化物与含氧中间体的结合能最好，被认为是最有前途的oer电催化剂之一，但其电导率相对较低、活性中心数量不足以及不恰当的中间产物吸附能导致其催化性能较差。为了提高催化性能，通过贵金属原子的掺杂可
3、受上述启发，基于过渡金属氧化物负载贵金属单原子的催化剂设计是开发用于海水环境下高活性、长稳定性的电解水制氢催化剂的一个有吸引力的策略。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种超薄、多孔、多晶面颗粒拼接而成的四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂及其电解海水应用。我们提出的制备工艺简单，方便操作，可重复性高；多孔、多晶四氧化三钴薄膜包裹负载贵金属单原子分布均匀；将其制成浆料涂覆在碳布上用作电解海水制氢阳极应用，具备极佳的能源催化应用前景。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂，所述多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂由超薄、多孔、多晶面颗粒拼接而成，薄膜厚度约为1.7-10nm，孔径在1-5 nm，贵金属元素以单原子的形式吸附在多孔、多晶四氧化三钴薄膜表面。
4、优先的，所述贵金属元素为pd、ru、rh、pt、ir中一种或几种。
5、多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：
6、（1）称取乙酰丙酮钴在乙二醇中溶解，在室温下进行机械搅拌，得到混合溶液a；
7、（2）向混合溶液a中加入超纯水，在室温下进行机械搅拌，得到混合溶液b；
8、（3）将混合溶液b倒入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将反应釜放置在烘箱中，对其进行水热处理，反应结束后急冷，用乙醇和去离子水反复清洗样品三次，而后进行冷冻干燥；
9、（4）取适量冷冻干燥后的样品在马弗炉中进行快速拓扑转化，得到多孔、多晶四氧化三钴薄膜；
10、（5）称取多孔、多晶四氧化三钴薄膜在超纯水中溶解，加入适量盐酸，在室温下进行机械搅拌，得到混合溶液c；
11、（6）取贵金属盐溶液，向其加入分散剂和超纯水，在室温下进行机械搅拌，得到混合溶液d；
12、（7）将混合溶液d倒入混合溶液c中，在室温下进行机械搅拌，搅拌结束后，静置一段时间后取出上清夜后进行冷冻干燥，得到所述多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂。
13、优先的，步骤（1）中，所述乙酰丙酮钴纯度为80.0～99.99%、质量为50～400 mg和乙二醇纯度为80.0～99.0%、体积为10～60 ml，搅拌转速为600～2000 r/min，搅拌时间为20～60 min。
14、优先的，步骤（2）中，超纯水体积为2～30 ml，搅拌转速为800～2000 r/min，搅拌时间为120～360 min；步骤（3）中，所述反应釜在烘箱中反应的温度为150～230 ℃，反应时间为24～60 h，所述的冷冻干燥的温度为-10～-100 ℃，干燥时间为6～48 h。
15、优先的，所述的样品质量为10～50 mg，马弗炉温度为200～500 ℃，拓扑时间为3～15 min；步骤（5）中，所述四氧化三钴薄膜的质量为10～100 mg，超纯水体积为15～100ml，盐酸浓度为0.5～3 mol/l,体积为1～20 μl，搅拌转速为500～15000 r/min，搅拌时间为20～60 min。
16、优先的，步骤（6）中，所述贵金属元素为pd、ru、rh、pt、ir；其中负载pd单原子时，钯源为氯化钯、硝酸钯、六氯钯酸钠中的一种或其中，钯源纯度50%～90%，浓度为1～100mmol/l，体积为2～30 ml；负载ru单原子时，钌源为氯化钌，钌源纯度60%～90%，浓度为5～100 mmol/l，体积为2～40 ml；负载rh单原子时，铑源为氯化铑和/或氯铑酸，铑源纯度50%～90%，浓度为3～100 mmol/l，体积为3～30 ml；负载pt单原子时，铂源为氯铂酸，铂源纯度37.5%～90%，浓度为1～100 mmol/l，体积为5～45 ml；负载ir单原子时，铱源为三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸中的一种或几种，铱源纯度45%～90%，浓度为10～100 mmol/l，体积为5～40 ml。
17、优先的，步骤（6）中分散剂为柠檬酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠溶液中的一种或几种，纯度为50%～90%，浓度为10～200 mmol/l，体积为1～30 ml，搅拌转速为500～15000r/min，搅拌时间为20～60 min。
18、优先的，步骤（7）中，所述搅拌转速为800～2000 r/min，搅拌时间为12～48 h。静置时间6～48 h，所述的冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1. 多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂，其特征在于：所述多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂由超薄、多孔、多晶面颗粒拼接而成，薄膜厚度约为1.7-10 nm，孔径在1-5 nm，贵金属元素以单原子的形式吸附在多孔、多晶四氧化三钴薄膜表面。
2.如权利要求1所述的多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂，其特征在于：所述贵金属元素为Pd、Ru、Rh、Pt、Ir中一种或几种。
3.如权利要求1所述的多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述乙酰丙酮钴纯度为80.0～99.99%、质量为50～400 mg和乙二醇纯度为80.0～99.0%、体积为10～60 mL，搅拌转速为600～2000 r/min，搅拌时间为20～60 min。
5. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，超纯水体积为2～30 mL，搅拌转速为800～2000 r/min，搅拌时间为120～360 min；步骤（3）中，所述反应
6. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的样品质量为10～50mg，马弗炉温度为200～500 ℃，拓扑时间为3～15 min；步骤（5）中，所述四氧化三钴薄膜的质量为10～100 mg，超纯水体积为15～100 mL，盐酸浓度为0.5～3 mol/L,体积为1～20 μL，搅拌转速为500～15000 r/min，搅拌时间为20～60 min。
7. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，所述贵金属元素为Pd、Ru、Rh、Pt、Ir；其中负载Pd单原子时，钯源为氯化钯、硝酸钯、六氯钯酸钠中的一种或其中，钯源纯度50%～90%，浓度为1～100 mmol/L，体积为2～30 mL；负载Ru单原子时，钌源为氯化钌，钌源纯度60%～90%，浓度为5～100 mmol/L，体积为2～40 mL；负载Rh单原子时，铑源为氯化铑和/或氯铑酸，铑源纯度50%～90%，浓度为3～100 mmol/L，体积为3～30 mL；负载Pt单原子时，铂源为氯铂酸，铂源纯度37.5%～90%，浓度为1～100 mmol/L，体积为5～45 mL；负载Ir单原子时，铱源为三氯化铱、四氯化铱、氯铱酸中的一种或几种，铱源纯度45%～90%，浓度为10～100 mmol/L，体积为5～40 mL。
8. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）中分散剂为柠檬酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠溶液中的一种或几种，纯度为50%～90%，浓度为10～200 mmol/L，体积为1～30 mL，搅拌转速为500～15000 r/min，搅拌时间为20～60 min。
9. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（7）中，所述搅拌转速为800～2000r/min，搅拌时间为12～48 h。静置时间6～48 h，所述的冷冻干燥的温度为-10～-100 ℃，干燥时间为6～60 h。
10.权利要求1或2所述的多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂的电解海水应用，其特征在于，所述四氧化三钴薄膜上负载贵金属单原子催化剂作为直接电解海水阳极反应催化剂；所述电解海水包括电解碱性水、电解碱性海水或电解中性海水。
...【技术特征摘要】
1. 多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂，其特征在于：所述多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂由超薄、多孔、多晶面颗粒拼接而成，薄膜厚度约为1.7-10 nm，孔径在1-5 nm，贵金属元素以单原子的形式吸附在多孔、多晶四氧化三钴薄膜表面。
2.如权利要求1所述的多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂，其特征在于：所述贵金属元素为pd、ru、rh、pt、ir中一种或几种。
3.如权利要求1所述的多孔、多晶四氧化三钴薄膜负载贵金属单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：
4. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述乙酰丙酮钴纯度为80.0～99.99%、质量为50～400 mg和乙二醇纯度为80.0～99.0%、体积为10～60 ml，搅拌转速为600～2000 r/min，搅拌时间为20～60 min。
5. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，超纯水体积为2～30 ml，搅拌转速为800～2000 r/min，搅拌时间为120～360 min；步骤（3）中，所述反应釜在烘箱中反应的温度为150～230 ℃，反应时间为24～60 h，所述的冷冻干燥的温度为-10～-100 ℃，干燥时间为6～48 h。
6. 如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的样品质量为10～50mg，马弗炉温度为200～500 ℃，拓扑时间为3～15 min；步骤（5）中，所述四氧化三钴薄膜的质量为10～100 mg，超纯水体积为15～100 ml，盐酸浓度为0.5～3 mol/l,体积为1～20 μl，搅拌转速为500～15000 r/min，搅拌时间为20～60 min。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：王杨，李健飞，邓意达，赖振兴，黄忠，郑学荣，王浩志，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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