【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于催化材料，涉及一種負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑及其制備方法與應用，具體涉及一種超低pt單原子載量的鎳釩層狀雙氫氧化物(pt1/niv-ldh)電催化劑的制備方法及其在工業電流密度下耐氯產氫的應用。
技術介紹
1、氫能作為一種綠色零碳的新型清潔能源，在實現碳達峰、助力碳中和的過程中扮演著重要角色。電解水制氫作為生產“綠氫”的重要方式受到淡水資源緊缺的限制，于是研究者們把目光轉向了儲量豐富的海水，但由于海水成分復雜給直接制氫技術帶來了諸多挑戰。在電解條件下，產生的不溶性沉淀物和氯離子導致電催化劑效率低、穩定性差。另外，堿性電解質中沒有氫質子，吸附所需的質子要由水分子提供，這種堿性環境下增加的水解離步驟也嚴重限制了her的效率。因此，開發應用于大電流密度下和直接電解海水的高效her催化劑具有重要意義。
2、在眾多催化劑中，單原子催化劑(sacs)不僅金屬負載量極低且原子利用率接近100％，其獨特的電子和幾何結構賦予催化劑超高選擇性，并且原子-金屬載體間強相互作用可以加速催化反應過程中電荷的轉移，提高催化活性，這些優勢使其成為研究熱點。然而，單原子的表面自由能較高，在實際反應的過程中，孤立的原子很容易發生遷移并團聚成團簇或納米顆粒影響催化劑的催化性能。因此，尋找合適的載體材料降低或避免單原子的遷移和團聚是實現sacs催化性能的關鍵。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術公開了一種負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑及其制備方法與應用，具體公開了一
2、需要說明的是，鎳基層狀雙氫氧化物(ni-ldh)因其層狀結構穩定、組分可調、活性位點豐富且表面大量的表面氧有利于穩定本征活性較高的貴金屬單原子。此外，摻雜高價過渡金屬釩(v)可以穩定ni-ldh的表面氧以防止結構坍塌，還可以吸引周圍的電子來有效地調節相鄰3d金屬的電子結構，并改變過渡金屬基催化劑的d帶中心，以優化催化劑各金屬活性位點對催化反應中間體的吸脫附，從而提高活性位點的催化性能。以v摻雜的ni-ldh(niv-ldh)載體負載貴金屬單原子可以大幅提高單原子催化劑的穩定性，并最大限度地利用各金屬活性中心的獨特優勢以提升催化劑的催化活性。基于上述原因，設計制備將pt單原子分散在超薄niv-ldh納米片的電催化劑以提升其電解水制氫的催化活性和穩定性具有可行性，也是當前急需解決的技術問題。
3、為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：
4、本專利技術的第一個技術目的是提供一種負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，包括如下步驟：
5、步驟(1)：對nf進行預處理，將大小為2×4cm2的nf依次浸沒在鹽酸中超聲、在去離子水中超聲，最后在乙醇中超聲，自然風干備用；
6、步驟(2)：將氯鉑酸溶解在含有尿素的乙二醇溶液中，然后將溶液與含硝酸鎳和三氯化釩的去離子水溶液混合并攪拌均勻；
7、步驟(3)：將步驟(1)預處理后的nf浸入步驟(2)得到的混合溶液中，隨后轉移至聚四氟乙烯內襯不銹鋼反應釜中反應；
8、步驟(4)：待步驟(3)反應結束后將得到的樣品分別用去離子水和乙醇沖洗數次，然后真空干燥，最終得到負載在nf上的pt1/niv-ldh電催化劑。
9、可選地，步驟(1)中的浸沒超聲操作為：先將大小為2×4cm2的nf浸沒在3mol/l鹽酸中超聲15分鐘，然后在去離子水中超聲6分鐘，最后在乙醇中超聲5分鐘。
10、可選地，步驟(2)中，氯鉑酸與尿素的質量比為0.01：0.12，尿素與乙二醇溶液的質量體積比為120mg：20ml，硝酸鎳和三氯化釩的離子總數為1.6mmol。
11、可選地，步驟(3)中的反應溫度為120℃，反應時間為12h。
12、具體地，包括如下步驟：
13、步驟(1)：對nf進行預處理，先將大小為2×4cm2的nf浸沒在3mol/l鹽酸中超聲15分鐘，然后在去離子水中超聲6分鐘，最后在乙醇中超聲5分鐘，自然風干備用；
14、步驟(2)：將0.01g?h2ptcl6·6h2o溶解在含有120mg尿素的20ml乙二醇溶液中，然后將溶液與含ni(no3)2·6h2o和vcl3(離子總數為1.6mmol)的20ml的去離子水溶液混合并攪拌均勻；
15、步驟(3)：將預處理后的nf浸入步驟(2)得到的混合溶液中，隨后轉移至100ml聚四氟乙烯內襯不銹鋼反應釜中，并在120℃下反應12h；
16、步驟(4)：待步驟(3)反應結束后將得到的樣品分別用去離子水和乙醇沖洗數次，然后真空干燥6h，最終得到負載在nf上的pt1/niv-ldh電催化劑。
17、本專利技術采用簡單的溶劑熱法以h2ptcl6·6h2o為pt源原位氧化設計并合成了一種高效的pt1/niv-ldh催化劑，該催化劑在1m?koh、1m?koh+0.5/1.0/2.0m?nacl，1m?koh+天然海水等一系列堿性電解質中表現出優異的her性能；且本專利技術合成的電催化劑在堿性介質中，起始電位幾乎為零，在200mv過電位下具有20.98s-1的超高周轉頻率(tof)值，是商業pt/c的3.8倍，其質量活性是商業pt/c電極的9倍，并在工業電流密度下，表現出優異的堿性her催化活性和穩定性。
18、需要說明的是，本專利技術公開制備的納米材料電催化劑相比于傳統的塊體電催化劑具有更大的比表面積和更高密度的催化活性位點，因而具有更加優異的電催化活性。但是一般的納米材料電催化劑在強酸或強堿電解液中易發生溶解，造成活性組分損失，穩定性降低，而超小或超薄納米材料組成的具有納米微結構的多級超結構納米電催化劑能夠克服這一缺點。該多級超結構納米電催化劑不僅具有高密度的活性位點，還具備類似塊體材料的結構穩定性，這將有利于電催化性能的提升。
19、進一步地，火山圖描述了材料催化活性與該材料氫吸附自由能之間的關系。pt非常接近火山圖曲線的頂部，具有合適的氫吸附自由能，因此pt基電催化劑在her過程中通常表現出超高催化活性。此外，得益于pt獨特的電子結構，其5d軌道位于離費米能級最遠的位置，這有利于電子通過pt傳輸和遷移，從而提高表面活性位點與反應物之間的電子轉移，使反應中間體更容易在其表面吸附形成活化的中間產物。
20、本專利技術的第二個技術目的是提供一種如上述方法制備的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑，所述電催化劑為鎳釩層狀雙氫氧化物pt1/niv-ldh，所述電催化劑為超薄納米片niv-ldh負載pt單原子，也即pt單原子修飾的超薄niv-ldh納米片；所述pt1/niv-ldh電催化劑由反應活性物和載體組成，其中反應活性物為pt單原子，而載體為鎳釩層狀雙氫氧化物納米材料；
21、且，所述電催化劑以導電基底泡沫鎳(nf)為自支撐載體，采用簡單的溶本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的浸沒超聲操作為：先將大小為2×4cm2的NF浸沒在3mol/L鹽酸中超聲15分鐘，然后在去離子水中超聲6分鐘，最后在乙醇中超聲5分鐘。
3.根據權利要求1所述的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，氯鉑酸與尿素的質量比為0.01：0.12，尿素與乙二醇溶液的質量體積比為120mg：20mL，硝酸鎳和三氯化釩的離子總數為1.6mmol。
4.根據權利要求1所述的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中的反應溫度為120℃，反應時間為12h。
5.一種如權利要求1所述方法制備的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑，其特征在于，所述電催化劑為鎳釩層狀雙氫氧化物Pt1/NiV-LDH，所述電催化劑為超薄納米片NiV-LDH負載Pt單原子，也即Pt單原子修飾的超薄N
6.一種如權利要求1所述方法制備的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑或如權利要求5所述的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑在電催化產氫中的應用。
7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于，所述負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑在工業電流密度下耐氯產氫的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，所述方法具體包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的浸沒超聲操作為：先將大小為2×4cm2的nf浸沒在3mol/l鹽酸中超聲15分鐘，然后在去離子水中超聲6分鐘，最后在乙醇中超聲5分鐘。
3.根據權利要求1所述的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，氯鉑酸與尿素的質量比為0.01：0.12，尿素與乙二醇溶液的質量體積比為120mg：20ml，硝酸鎳和三氯化釩的離子總數為1.6mmol。
4.根據權利要求1所述的負載鉑單原子的鎳釩層狀雙氫氧化物電催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(3)中的反應溫度為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫華傳，王春棟，劉鋒，崔浩，柳清菊，陳明鵬，趙心茹，
申請(專利權)人：云南大學，
類型：發明
國別省市：
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