[发明专利]一种铂负载二氧化钼杂化纳米材料及其制备方法和电催化应用

说明书

本发明提供一种铂负载二氧化钼杂化纳米材料及其制备方法和电催化应用，属于纳米材料制备方法及电催化应用技术领域。本发明将钼盐、配位剂溶于水中，调节反应液的pH至4～5，并于30～80℃水浴反应2～3h，反应结束后，产物经洗涤、干燥，在氩气保护气氛中，600～650℃条件下进行热解1～2h，制备得到富含空位缺陷的MoO₂纳米棒；随后将MoO₂纳米棒作为载体，加入铂源、络合剂、还原性溶剂，经溶剂热还原法将铂以单原子或簇的形式负载于MoO₂纳米棒载体上，形成Pt负载MoO₂纳米棒材料。本发明中MoO₂纳米棒提供的空位缺陷很好的锚定了Pt单原子或簇，进一步提高材料的催化稳定性；其作为酸性、碱性、中性电解液的产氢催化剂材料，具有催化活性高、稳定性优异以及制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备方法及电催化应用技术领域，更具体的涉及一种铂负载二氧化钼杂化纳米材料及其制备方法和电催化应用。

背景技术

能源和环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。全球80％的能量需求来源于化石燃料，这最终必将导致化石燃料的枯竭，而其使用也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步转向可持续发展无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一，也是重要的化工原料，受到世界各国广泛的重视。电解水制氢的原料来源丰富、产氢纯度高，且可与太阳能发电、风能发电等系统联用，是当前的一个重要研究方向。铂(Pt)是目前最高效的催化剂，具有最低的析氢过电位和快速的析氢反应动力学(归结于接近于零的氢结合能)。然而，Pt是最有效的电解水析氢催化剂，但是由于其稀缺性和高昂的价格限制了其大规模应用。因此，降低催化剂中Pt的含量具有重要的意义。为此，许多研究致力于研发单原子Pt催化剂，以减少Pt的用量。在载体上负载Pt单原子或团簇是降低成本的一种理想的途径。然而，传统的Pt单原子或团簇催化剂的合成一般涉及到苛刻的条件、技术或昂贵的设备，比如原子层沉积技术(ALD)。因此，开发一种简单和低成本的方法合成Pt单原子或团簇催化剂至关重要。

在单原子或团簇催化剂的制备中，载体的性质在决定金属载体催化剂的催化活性和稳定性方面起着重要作用。众所周知，金属氧化物内的结构缺陷，包括氧缺陷和/或金属缺陷，可以修饰或锚定金属原子或本身充当活性位点。特别是将新的金属相引入结构缺陷将不可避免地改变活性位点的电子结构并影响催化性能。因此可以使负载的金属相与载体的氧空位之间产生强相互作用，促进催化活性。到目前为止，各种富氧空位(O_vac)的金属氧化物，例如TiO_x，CoO_x，MoO_x，WO_x，CeO_x，NiO_x，作为铂基催化剂的载体，已经进行了广泛的研究。尽管这些催化剂具有优异的催化活性，但是这些催化剂的活性及稳定性不足以用于工业应用，特别是在大电流密度下的稳定性。尤其是很少催化剂能够同时在酸性碱性中性条件下具有长时间大电流密度稳定产氢性能。因此，在全酸碱电解液范围内，特别是在中性环境下，开发高效的电催化剂仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铂负载二氧化钼杂化纳米材料及其制备方法和电催化应用，最大限度的减少贵金属Pt的使用量，同时达到最好的电解水制氢效果，创建具有成本效益的电解水工业负载型催化剂Pt/MoO₂。所述制备工艺方法简单、成本低，且所需设备要求较低，易于实现工业放大和批量制备，有较好的工业化前景。

本发明的第一个目的是提供一种铂负载二氧化钼杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、富含空位缺陷的MoO₂载体的制备：将钼盐、配位剂溶于水中，用酸调节溶液pH至4～5，并于30～80℃水浴反应2～3h，反应结束后，产物抽滤洗涤、干燥，在氩气保护气氛中，600～650℃条件下将产物进行热解1～2h，制备得到富含空位缺陷的MoO₂纳米棒；