[发明专利]一种用于电解水析氧的贵金属单原子催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种用于电解水析氧的贵金属单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：A)将非贵金属盐和硫脲在水中混合，得到原液；将非贵金属盐、硫脲和贵金属盐在水中混合，得到电吸附液；B)以导电基底为工作电极，在所述原液中通过电化学还原的方法，在导电基底表面沉积非贵金属硫化物基底；C)以上述沉积有非贵金属硫化物基底的导电基底为工作电极，在所述电吸附液中通过电化学还原的方法，在非贵金属硫化物基底表面吸附贵金属单原子，得到贵金属单原子催化剂。本发明制备的催化剂具有超薄的纳米微结构，微量的贵金属单原子直接锚定在硫化物材料外表面，极大地提高了非贵金属硫化物催化剂在析氧反应中的催化活性，具有较低的析氧过电势。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种用于电解水析氧的贵金属单原子催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会对太阳能、风能等清洁能源需求的增加，可再生能源转换和存储技术已成为全球研究热点，电催化分解水生产氢气是促进能源绿色转化的一个有效方法。为了解决氧析出半反应动力学缓慢的问题，目前主要使用以贵重金属铱或钌作为活性位点的合金/金属氧化物催化剂，但其昂贵的价格使生产成本日益增加。单原子催化剂可以有效提高原子利用率，降低贵金属元素用量，并提高催化剂的本征活性。近几年来，科研人员通过热解、湿化学合成、物理和化学气相沉积、电化学沉积以及球磨等方法，成功制备了Au/NiFeLDH，Ru/CoFe-LDHs，Ru₁-Pt₃Cu，Ir/Co_0.8Fe_0.2Se₂等具有一定催化性能的单原子析氧催化剂。

但目前贵金属单原子催化剂也存在一些不足，如制备难度大，稳定性差等。这主要是由于贵金属单原子与载体之间相互作用较弱，容易发生贵金属元素团聚或脱落等问题，最终导致催化剂失活。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于电解水析氧的贵金属单原子催化剂及其制备方法和应用，具有较高的催化活性和稳定性。

为达到上述目的，本发明提供了一种用于电解水析氧的贵金属单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

A)将非贵金属盐和硫脲在水中混合，得到原液；

将非贵金属盐、硫脲和贵金属盐在水中混合，得到电吸附液；

B)以导电基底为工作电极，在所述原液中通过电化学还原的方法，在导电基底表面沉积非贵金属硫化物基底；

C)以上述沉积有非贵金属硫化物基底的导电基底为工作电极，在所述电吸附液中通过电化学还原的方法，在非贵金属硫化物基底表面吸附贵金属单原子，得到贵金属单原子催化剂。

本发明通过非贵金属盐与硫脲直接合成硫化物作为贵金属单原子的负载物，通过电吸附直接将贵金属单原子通过硫锚定在硫化物基底表面。制备的催化剂具有超薄的纳米微结构，微量的贵金属单原子直接锚定在硫化物材料外表面，极大地提高了非贵金属硫化物催化剂在析氧反应中的催化活性，使其具有较低的析氧过电势，可作为高效、低成本，长寿命的电解水析氧反应催化剂。

本发明优选的，所述非贵金属盐选自非贵金属的硝酸盐、氯化盐中的一种或多种。

优选的，所述非贵金属包括但不限于铁、钴、镍、铝、钼、锡、钒、锰、铬等中的一种或多种。

在本发明的一些具体实施例中，所述非贵金属盐选自硝酸铁和硝酸镍。

在本发明的一些具体实施例中，所述非贵金属盐选自氯化铁和氯化镍。

本发明优选的，所述贵金属盐选自贵金属的氯化盐、硝酸盐中的一种或多种。

优选的，所述贵金属包括但不限于铱、金、钌、铂、铑中的一种或多种。

在本发明的一些具体实施例中，所述贵金属盐选自三氯化铱。