[发明专利]一种Pd1

说明书

本发明属于二维纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种Pd₁‑CoSe₂纳米带及其制备方法与应用。本发明制备方法包括将CoSe₂纳米带超声分散于醇类溶剂中，然后加入钯盐溶液，发生无机还原反应，使Pd单原子均匀分布在Pd₁‑CoSe₂纳米带上，分离后即得所述Pd₁‑CoSe₂纳米带；所述CoSe₂纳米带是将钴盐和硒酸盐加入到多乙烯多胺的水溶液中发生反应制备而成。本发明通过独特的Pd单原子生长于CoSe₂纳米带表面的方法，利用锚定的Pd单原子有效地调节了Pd₁‑CoSe₂纳米带表界面对于水分子吸附、水分子裂解以及氢原子吸附的能力，最终使得所制备的超薄多层Pd₁‑CoSe₂纳米催化剂在碱性电解水制氢反应中展现出优异的催化活性与耐久性。

技术领域

本发明属于二维纳米材料技术领域，更具体地，涉及一种Pd₁-CoSe₂纳米带及其制备方法与应用。

背景技术

随着传统化石能源的消耗以及环境污染问题，新型可持续能源的发展愈发受到关注。其中，氢能源以其利用率高等优点在新能源领域具有极大的发展潜力。碱性环境下的电解水制氢作为氢能规模化生产的重要途径之一，其制氢反应过程由于涉及水分子吸附、水分子裂解与氢原子吸附等多步反应中间过程，其反应动力学缓慢从而极大制约碱性环境下电解水制氢效率。即使性能较好的贵金属催化剂如铂在碱性环境下其电解水制氢活性也比酸性环境中低2-3个量级，而贵金属材料自身高昂的价格与匮乏的储量也限制了其工业化应用。因此，基于储量丰富的过渡金属元素设计高效廉价的碱性电解水制氢反应催化剂对于规模化氢能制备具有极为实际的意义。

近年来，催化剂表界面原子结构被证实对催化反应过程中反应中间物质的吸附和活化过程有直接且重要的影响。通过对催化剂的表界面原子结构进行有效构造来调节催化活性位点的原子电子结构，可有效实现对碱性电解水制氢反应过程中间物质的吸附与活化调节，从而提升催化剂的反应活性。作为一类典型的金属性的纳米材料，CoSe₂纳米材料已被证实在碱性环境中具备一定的水吸附能力，为进一步实现碱性电解水制氢的多步反应过程优化提供了可能。因此，基于CoSe₂纳米材料，对其表面原子结构进行合理设计与构筑，对于开发高效的碱性电解水制氢反应催化剂具有重要意义。

然而，目前对于钴基硒化物纳米催化剂的表界面结构设计及其电催化制氢性能探究方面仍然具有许多亟待解决的关键问题。例如，《自然·通讯》(Nature Communications9.2533,2018)报道了一种通过在硒化钴中掺杂大量磷离子来转变硒化钴的相结构进而改善电解水制氢反应活性的方法，然而，用于引入磷离子的高温磷化过程的温度很高(400℃)，时间成本很高(升温、保温、降温过程超过2小时),且高温磷化过程中产生的磷化氢为剧毒物质，整体反应成本高、且有毒性气体产生，不利于规模化生产。《ACS应用材料界面》(ACS Appl.Mater.Interfaces 12.28288, 2020)报道了一种通过在硒化钴多孔纳米片中掺杂硫离子进而改善电解水制氢反应活性的方法，然而，该方法仅被证实可对硒化钴表面氢原子的吸附进行改善，而对水分子在催化剂表面的吸附与裂解过程都无法进行调节，从而导致催化剂在电解水制氢反应过程中依然具有很大的反应壁垒。到目前为止，尚未有文献报道一种能够简单快速实现对CoSe₂纳米材料在碱性电解水反应中水分子吸附、水分子裂解与氢原子吸附能力的系统性调控策略，极大地制约了碱性电解水制氢反应的能源转换效率。

综上所述，现有技术仍缺乏一种在碱性电解水制氢反应中展现出优异的催化活性与耐久性的CoSe₂纳米材料催化剂。

发明内容