[发明专利]硼掺杂的核壳结构催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种硼掺杂的核壳结构催化剂及其制备方法和应用，该制备方法包括：配置金属前驱体溶液；配置硼氢化钠溶液；将金属前驱体溶液加入水中分散后，加入金属保护剂，调节pH为7～8；再将硼氢化钠溶液滴加至金属前驱体溶液中，反应后，即得硼掺杂的核壳结构催化剂；其中，金属前驱体溶液中包括贵金属和非贵金属，所述非贵金属包括Fe、Co、Ni中的一种。本发明通过给贵金属Ir掺杂非贵金属以及非金属B来降低贵金属的用量，节约成本的同时，形成的核壳结构有较大的原子利用率，使得制备得到的电催化剂兼备优于商业Pt/C、商业IrO₂的性能和稳定性，能够有效的降低工业酸性电解水过程使用贵金属催化剂的高成本问题。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种硼掺杂的核壳结构催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境污染日益严重，越来越多的研究聚焦于绿色无污染能源，其中氢能具备的清洁无污染、高效且可再生的优良特性，必将是未来最有潜力的能源载体。利用电解水技术制氢是目前最有潜力的技术，也是一种经济有效的技术。

电解水制氢可分为碱性电催化制氢和酸性电催化制氢。电解水包括两个半反应-阴极上的析氢反应和阳极上的析氧反应。对于碱性电解水，难点是阴极上的析氢；而对于酸性电解水，难点是阳极上的析氧，目前业内对碱性电解水研究已经较为透彻，工业上也有一定的应用。但与碱性电解水性比，酸性电解水更受青睐，其理由是：酸性电解水的反应速率快了2～3个数量级，副产物少，并且可以使用质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)，进而使得电解槽非常轻便。但是限制酸性电解水发展的瓶颈正是阳极上的析氧反应，目前尚缺乏高效且稳定的酸性析氧电催化剂。

针对，目前酸性电解水催化剂存在的技术问题，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种硼掺杂的核壳结构催化剂的制备方法及其制备方法，以解决酸性电解水中高效且稳定的酸性析氧电催化剂的技术问题。

第一方面，本发明提供了一硼掺杂的核壳结构催化剂的制备方法，包括：

配置金属前驱体溶液；

配置硼氢化钠溶液；

将金属前驱体溶液加入水中分散后，加入金属保护剂，调节pH为7～8；

再将硼氢化钠溶液滴加至金属前驱体溶液中，反应后，抽滤、洗涤、干燥即得硼掺杂的核壳结构催化剂；

其中，金属前驱体溶液中包括贵金属和非贵金属，所述非贵金属包括Fe、 Co、Ni中的一种。

可选的，所述贵金属包括Ir。

可选的，所述金属保护剂为柠檬酸钠或柠檬酸二钠。

可选的，加入金属保护剂后使用氢氧化钠或氢氧化钾调节pH为7～8。

可选的，金属前驱体溶液中金属离子物质的量、硼氢化钠溶液中硼氢化钠的物质的量以及金属保护剂的物质的量比值为1:3～3.5:1～1.5。

可选的，再将硼氢化钠溶液滴加至金属前驱体溶液中，反应后，抽滤、使用去离子水洗涤后于55～65℃下干燥12～16h即得硼掺杂的核壳结构催化剂。

第二方面，本发明还提供了一种硼掺杂的核壳结构催化剂，采用所述的制备方法制备得到。

第三方面，本发明还提供了一种硼掺杂的核壳结构催化剂在电解水制氢中的应用。

本发明的一硼掺杂的核壳结构催化剂的制备方法的制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：