[发明专利]原子级分散过渡金属/贵金属复合材料的自吸附制备方法

说明书

本发明提供了一种原子级分散过渡金属/贵金属复合材料的自吸附制备方法。该方法包括：在溶剂Ⅰ中加入贵金属催化剂，搅拌1h得到贵金属催化剂混合液；在溶剂Ⅱ中加入过渡金属Sn、Bi、Pb、Sb的盐类形成过渡金属盐溶液；将过渡金属盐溶液缓慢滴加到催化剂混合液中进行吸附反应；过滤吸附反应的溶液，用去离子水洗涤，将过滤后的滤渣干燥，即获得所述的原子级分散过渡金属/贵金属复合材料。涉及到的合成方法简单，通过一步自吸附过程完成，对仪器条件要求低，常规条件下通过搅拌装置即可实现，整个过程周期短，效率高，利于规模化生产。本发明制备的复合材料不但应用于无机物和有机小分子，还可以用于无机物电化学还原等应用。

技术领域

本发明涉及原子级分散过渡金属/贵金属复合材料的自吸附制备方法，属于电化学和材料合成技术领域。

背景技术

随着国内外经济的快速发展，人们对于有机化学品和能源的需求日益增加。传统上人们主要通过化石燃料，如煤、石油、天然气等资源的转化或利用，来实现有机化学品的制备和能源供应。然而，这些化石燃料在地壳上储量非常有限，其利用对于经济发展不可持续，同时还带来严重的环境污染问题。因而，利用可再生能源如风能、水能和太阳能进一步转化的电能，来发展实现无机-有机物、有机物-有机物和有机物-无机物电化学转化技术，可有效地解决上述的不可持续性和环境污染等问题。在众多电化学转换技术中，无机物（如CO、H₂O、H₂等）和有机小分子（如甲醇、甲烷、甲酸、乙醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、苯基化合物等）电化学氧化，无机物（如H₂O、CO₂、N₂等）电化学还原，成为当前研究较多的电化学转换技术，具有较高的应用潜力，是解决目前能源危机和环境问题有效的技术方案。

上述涉及到的电化学转换技术中，电催化剂是其核心，采用高效的电催化剂可促进这些反应的进行，提高电化学技术转换效率，推动其实际应用。目前，对于这些电化学转换反应，活性最高的材料仍集中在贵金属催化剂中，包括Pt、Pd、Ru、Ir、Au、Rh等。在这些贵金属表面上，进一步修饰Sn、Bi、Pb、Sb，可进一步提高它们的活性和电催化效率，同时在同等活性基础上，可降低这些贵金属的使用量，从而降低贵金属的使用成本，实现其大规模应用。以此为核心研究方向，本发明利用贵金属固体表面对这些过渡金属离子的特定吸附性质，通过简单的混合搅拌反应，辅助以加热等促进反应速率，合成原子级分散过渡金属/贵金属复合材料，发展自吸附合成技术, 实现其更低的成本，和更高的电催化反应性能。

发明内容

本发明的目的在于克服电催化反应中，贵金属电催化剂用量高，活性低的问题，通过简单自吸附过程、辅助以加热等过程，制备出高活性的原子级分散过渡金属/贵金属复合材料，并实现它们在电化学反应中的应用。本发明提供了一种原子级分散过渡金属/贵金属复合材料制备方法和应用领域，其典型合成特征为过渡金属离子自吸附到贵金属固体表面沉积，其典型的结构特征为原子级分散的过渡金属以高分散态吸附沉积在贵金属表面，其典型的性能特征是表面高分散态的过渡金属可辅助贵金属活性位点进行更有效的电催化反应，实现高的活性，或同等活性下更低的贵金属用量和成本。分散在贵金属表面的过渡金属组分尺寸小于1 nm，基底贵金属可具有不同的纳米或微米结构。

为实现本发明的目的采用的技术方案如下:

（1）在每毫升溶剂Ⅰ中加入0.01~1000 mg粉状或片块状的贵金属催化剂，超声或普通搅拌1h得到贵金属催化剂混合液。当贵金属催化剂为粉状时为悬浮液状态；

所述的贵金属催化剂由Pt、Pd、Ru、Ir、Au、Rh的一种或两种以上任意比例的合金，或负载贵金属的催化剂组成，可商业购买或合成；

所述的溶剂Ⅰ是指乙二醇、丙酮、去离子水、DMF、冰醋酸、甘油、乙醇或丙酮。

（2）在每毫升溶剂Ⅱ中加入0.001~100 mg的过渡金属Sn、Bi、Pb、Sb的盐类形成过渡金属盐溶液；