[发明专利]一种增强孔隙型Pt基合金膜催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种增强孔隙型Pt基合金膜催化剂及其制备方法，属于水电解‑有机物电催化还原耦合技术领域。本发明以Pt为主相元素，过渡金属元素为合金相，稀土元素为催化助剂，在炭质载体上采用真空热沉积的离子束溅射技术制备Pt基合金膜催化剂，采用无机酸对Pt基合金膜催化剂进行两次电化学腐蚀，得到增强孔隙型Pt基合金膜催化剂。本发明通过含氧无机酸修饰催化剂表面增加其表面活性位数量，获得高的活性比表面积；通过不含氧无机酸酸蚀获得孔隙型结构，增大其比表面积；通过控制不同无机酸浓度、腐蚀温度以及腐蚀时间，来控制Pt离子迁移率，获得高催化活性及低Pt含量的增强孔隙性Pt基合金膜催化剂。

技术领域

本发明属于水电解-有机物电催化还原耦合技术领域，具体涉及一种增强孔隙型Pt基合金膜催化剂及其制备方法。

背景技术

氢能是一种高效、清洁的能源，目前工业上以通过电解水制氢等方式，大规模制取氢气。但氢气的存储仍是一个难题。液态有机物储氢技术具有储氢密度高、技术成本低以及便于运输等优点，成为目前较为可行的储氢方式。故将水电解制氢技术以及有机物电催化还原技术相耦合，使制氢储氢一体化。该过程具有反应条件温和、储氢效率高的优点，其核心在于膜催化剂，一般选用稳定性好、催化活性高的Pt基合金来合成具有高加氢效率的膜催化剂。

在Pt基催化剂设计制备中，高的几何比表面积(SSA)及电化学活性比表面积(ESA)有利于提高其在催化加氢方面的催化效率。目前获得高的SSA、ESA的改进，如中国专利CN10924482A，采用化学沉积法制备催化剂，并通过酸蚀法去合金化，可去除催化剂粉体内多余的合金组分并有效提高稳定性和活性，但使用的化学沉积法使催化剂可能含有杂质，且使用单一含氧酸进行酸蚀，无法同时获得高的SSA、ESA。如中国专利CN113658810A采用自活化法制备催化剂，具有制备时间短，不需要复杂设备的优点，但获得高的SSA过程复杂，且需要进行基底与催化层分离，可能会造成催化层损失。如中国专利CN113083308B采用浸渍法合成催化剂，具有选择性高，产率高的优点，但制备时间长。

因此，亟待提出一种新的方法，同时获得高的SSA、ESA以提高其催化活性，并解决制备时间长且过程复杂、贵金属损失较多等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供一种增强孔隙型Pt基合金膜催化剂及其制备方法，采用不同阴离子无机酸组合酸蚀，通过控制电化学腐蚀时间、不同阴离子无机酸浓度以及腐蚀温度来调控催化剂表面Pt原子迁移率，得到具有高的SSA、ESA的孔隙型Pt基合金膜催化剂，解决其制备过程复杂、贵金属损失较多等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

技术方案一：一种增强孔隙型Pt基合金膜催化剂，以Pt为主相元素，过渡金属元素为合金相，稀土元素为催化助剂，在炭质载体上采用真空热沉积的离子束溅射技术制备Pt基合金膜催化剂，然后采用无机酸对所得Pt基合金膜催化剂进行两次电化学腐蚀，即得到增强孔隙型Pt基合金膜催化剂。

进一步地，所述过渡金属元素为Ti、Ni或Cu中的一种；所述稀土元素包括Ce或La。

进一步地，所述炭质载体为石墨纤维布、炭纸或石墨片中的一种。

进一步地，所述无机酸为不含氧无机酸或含氧无机酸。

进一步地，所述不含氧无机酸为HCl或HBr，所述含氧无机酸为HClO₄或H₂SO₄。

进一步地，所述不含氧无机酸浓度为0.5-1.0mol/L；含氧无机酸浓度为0.25-0.75mol/L。

所述两次电化学腐蚀具体是指：先进行不含氧无机酸电化学腐蚀，再经室温去离子水冲洗后，进行含氧无机酸电化学腐蚀；或先进行含氧无机酸电化学腐蚀，再经室温去离子水冲洗后，进行不含氧无机酸电化学腐蚀。