本發(fā)明屬于新能源材料，具體涉及一種花狀異核雙金屬原子催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展越發(fā)迅猛，帶來的能源危機(jī)也日益嚴(yán)重，推動(dòng)綠色能源的研究早已提上日程。氫能由于其低碳、清潔、高效的特點(diǎn)而成為研究的熱點(diǎn)。其中，利用可再生能源進(jìn)行電解水析氫的技術(shù)(her)由于其高效和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)是目前最普遍的方法。最常見的her催化劑是pt基her催化劑，但是其高昂的價(jià)格限制了her的發(fā)展。釕基催化劑具有與pt相似的氫吸附自由能，且價(jià)格遠(yuǎn)低于鉑的優(yōu)點(diǎn)而具有取代鉑基催化劑的潛力。在目前的研究中，單原子催化劑(sacs)在減少金屬用量和實(shí)現(xiàn)貴金屬的最大利用方面顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)。盡管一些研究表明ru單原子催化劑在堿性her反應(yīng)中表現(xiàn)出顯著的效率，但其her活性及tafel動(dòng)力學(xué)還有待進(jìn)一步提高。

2、通過構(gòu)建異核雙金屬原子可以調(diào)控其價(jià)態(tài)結(jié)構(gòu)，利于先前的水解離步驟中h-oh的裂解，提高h(yuǎn)er活性，此外，金屬碳化物支架可以通過強(qiáng)電子相互作用促進(jìn)被支撐金屬的原子分散，在界面處觸發(fā)軌道雜化和電荷極化，也能在一定程度上提高h(yuǎn)er活性。在高ph的堿性電解液中，為了提高ru基催化劑電解水析氫性能，開發(fā)高效的雙金屬原子催化劑具有非常大的挑戰(zhàn)性和實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種花狀異核雙金屬原子催化劑及其制備方法和應(yīng)用，旨在解決現(xiàn)有催化劑her活性和tafel動(dòng)力學(xué)欠佳的問題。

2、本發(fā)明的目的在于還提供了該花狀異核雙金屬原子催化劑在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

3、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

4、一種花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，包括如下步驟：

5、1)將金屬源前驅(qū)體溶于溶劑中，再與有機(jī)物混合，通過攪拌充分反應(yīng)，制得有機(jī)物包裹的雙金屬前驅(qū)體；

6、2)對(duì)步驟1)得到的有機(jī)物包裹的雙金屬前驅(qū)體進(jìn)行退火處理，得到碳化后的雙金屬前驅(qū)體；

7、3)對(duì)碳化后的雙金屬前驅(qū)體進(jìn)行刻蝕處理，得到異核雙金屬原子催化劑。

8、在某些具體的實(shí)施方式中，所金屬源前驅(qū)體與有機(jī)物的質(zhì)量比為(1-5):(1-10)。

9、在某些具體的實(shí)施方式中，所述金屬源前驅(qū)體包括質(zhì)量比為1：(100-200)的前驅(qū)體釕源和前驅(qū)體鉬源，其中所述前驅(qū)體釕源為三氯化釕、氯釕酸銨、乙酰丙酮釕中的一種；所述前驅(qū)體鉬源為五氯化鉬、氯化鉬、鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或者多種。

10、在某些具體的實(shí)施方式中，所述溶劑為乙醇、去離子水中的一種或者其混合物；所述有機(jī)物包括三羥甲基氨基甲烷、聚氧丙烷聚氧乙烯共聚物溶液、鹽酸多巴胺中的一種或多種。

11、在某些具體的實(shí)施方式中，所述攪拌的條件為：以100-500rpm的轉(zhuǎn)速維持6-8h。

12、進(jìn)一步的，所述攪拌的轉(zhuǎn)速可以為100rpm，200rpm，300rpm，400rpm和500rpm中的一種。

13、在某些具體的實(shí)施方式中，還包括對(duì)步驟1)和步驟3)制得的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、分離和干燥處理。

14、在某些具體的實(shí)施方式中，所述退火處理的條件為：在還原性氣氛或惰性氣氛中，采用2～10℃/min的升溫速率升至550～850℃維持反應(yīng)1-4h。

15、進(jìn)一步，所述退火處理溫度可以為550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃，進(jìn)一步優(yōu)選為700℃；退火處理時(shí)間為1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h，進(jìn)一步優(yōu)選為2h。

16、在某些具體的實(shí)施方式中，所述刻蝕處理具體為：采用摩爾濃度為2-5mkoh溶液攪拌刻蝕12-36h。

17、一種前述制備方法制得的花狀異核雙金屬原子催化劑。

18、前述花狀異核雙金屬原子催化劑在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

20、1)本申請(qǐng)所提供的花狀異核雙金屬原子催化劑，通過將金屬源前驅(qū)體與有機(jī)物反應(yīng)，再進(jìn)行退火處理，最后刻蝕制得的化狀異核雙金屬原子催化劑，其尺寸小于1μm；該花狀異核雙金屬原子催化劑具有優(yōu)異的her活性和tafel動(dòng)力，適合在催化劑領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

21、2)本申請(qǐng)中的制備方法具有普適性，且制備方法簡(jiǎn)單，成本較為低廉，具有出色的her性能，有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，所金屬源前驅(qū)體與有機(jī)物的質(zhì)量比為(1-5):(1-10)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述金屬源前驅(qū)體包括質(zhì)量比為1：(100-200)的前驅(qū)體釕源和前驅(qū)體鉬源，其中所述前驅(qū)體釕源為三氯化釕、氯釕酸銨、乙酰丙酮釕中的一種；所述前驅(qū)體鉬源為五氯化鉬、氯化鉬、鉬酸銨、鉬酸鈉中的一種或者多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述溶劑為乙醇、去離子水中的一種或者其混合物；所述有機(jī)物包括三(羥甲基)氨基甲烷、聚氧丙烷聚氧乙烯共聚物溶液、鹽酸多巴胺中的一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述攪拌的條件為：以100-500rpm的轉(zhuǎn)速維持6-8h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，其特征在于，還包括對(duì)步驟1)和步驟3)制得的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、分離和干燥處理。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述退火處理的條件為：在還原性氣氛或惰性氣氛中，采用2～10℃/min的升溫速率升至550～850℃維持反應(yīng)1-4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，其特征在于，所述刻蝕處理具體為：采用摩爾濃度為2-5m?koh溶液攪拌刻蝕12-36h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的制備方法制得的花狀異核雙金屬原子催化劑。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的花狀異核雙金屬原子催化劑在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種花狀異核雙金屬原子催化劑的制備方法，包括如下步驟：1)將金屬源前驅(qū)體溶于溶劑中，再與有機(jī)物混合，通過攪拌充分反應(yīng)，制得有機(jī)物包裹的雙金屬前驅(qū)體；2)對(duì)步驟1)得到的有機(jī)物包裹的雙金屬前驅(qū)體進(jìn)行退火處理，得到碳化后的雙金屬前驅(qū)體；3)對(duì)碳化后的雙金屬前驅(qū)體進(jìn)行刻蝕處理，得到異核雙金屬原子催化劑。本發(fā)明所提供的花狀異核雙金屬原子催化劑，通過將金屬源前驅(qū)體與有機(jī)物反應(yīng)，再進(jìn)行退火處理，最后刻蝕制得的化狀異核雙金屬原子催化劑，其尺寸小于1μm；該花狀異核雙金屬原子催化劑具有優(yōu)異的HER活性和Tafel動(dòng)力，適合在催化劑領(lǐng)域推廣應(yīng)用。且該制備方法簡(jiǎn)單，成本較為低廉，具有出色的HER性能，有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：陳志剛,曾杭運(yùn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6