[发明专利]一种气泡法制备碳化硼基析氘电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电催化领域，公开了一种气泡法制备碳化硼基析氘电催化剂的制备方法及应用。该析氘电催化剂以纳米B₄C为载体、以Pt金属为活性组分制备的。具体是在一定低温下通过气泡法还原Pt前驱体，被还原的Pt纳米粒子与纳米B₄C之间具有金属‑载体相互作用，进而十分均匀的在纳米B₄C载体上以纳米团簇的形式高度分散，并且Pt金属与纳米B₄C之间的结合强度相较于活性炭更高。纳米B₄C具有密度低、强度大、导电性好、高温稳定性以及耐化学腐蚀性等特点，在析氘反应中具有电荷输运快、气体易脱附和在电场环境下更稳定的优点。本发明的Pt/B4C析氘电催化剂催化活性高、稳定性好且制备方法简单，用于电催化析氘反应时电化学性能全方面优于商业Pt/C。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种气泡法制备碳化硼基析氘电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氘是氢的同位素，原子量比普通氢重两倍，三相点-254.4℃；比热容：(101.325kPa，21.2℃)：5.987m³/kg；气液容积比：(15℃，100kPa)：974L/L；临界温度：-234.8℃；气化热：ΔH_v(-249.5℃)：305kJ/kg。氘气的化学性质与氢气相同，可以发生普通氢所有的化学反应，并能够生成相应化合物。同时氘气的高质量和低零点能特征，使氘在相同反应中与氢有着不同动力学反应速率，反应平衡点位置也有明显不同。氘气无毒无味，对生物没有任何危害，仅具有窒息性。而且氘气还可用于核能、可控核聚变反应、氘化光导纤维、氘润滑油、激光器、灯泡、实验研究、半导体材料韧化处理以及核医学，核农业等方面；另外在军事上，它也有一些重要的用途，比如制造氢弹，中子弹和东风激光武器。

随着科技的发展，越来越多的氘气制备技术被提出，不同技术应用效果有所不同，只有科学选择制备技术才能达到理想效果。当前主要氘气制备技术有：液氢精馏技术、电解重水技术、金属氢化物技术、激光技术、气相色谱技术等等。

其中重水电解技术采用电解水装置，以碱金属的氘氧化物为电解质或固体聚合物电解重水。通过该技术制备的氘气纯度较高，只需对制备的氘气进一步简单纯化。目前电解过程中能耗问题是值得关注的问题，应用过程中降低工作电压，提高能量效率的主要策略有：减小电极间距离、提高工作压力、提高工作温度、改变电极材料等。

其中选择低过电位、高反应活性和材料稳定性的电催化剂材料是最重要的，在过电位、反应活性和稳定性方面，贵金属铂(Pt)因其较低的过电位被认为是最佳的电解水材料，而且本发明考虑到了传统碳材料不够稳定且对Pt的作用力不够强，所以选用具有金属-载体相互作用、耐化学腐蚀、稳定性好的纳米B₄C材料作为电催化剂载体。

负载型催化剂的常规还原处理方法中，一般选用管式炉通还原性气体在高温下还原处理(H₂/CO)，以及向金属前驱体盐和载体的混合溶液中添加还原性化合物进行还原处理(NaBH₄/单宁酸/维生素C/PVP)，而本发明所提出的还原法是在低温下向含有金属前驱体盐和载体的混合溶液中通还原性气体进行还原处理，相对比传统还原方法具有还原效果好、金属分散更均匀以及操作更方便的优势。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种气泡法制备碳化硼基析氘电催化剂，即Pt/B₄C析氘电催化剂，且将所得的催化剂应用于电解重水中，本发明的Pt/B₄C催化剂制备方法新颖且具有还原效果好、金属分散更均匀以及操作更方便的优点，催化剂具有优越的析氘效果和较好的稳定性。

本发明限定了一种气泡法制备碳化硼基析氘电催化剂的制备方法，包括具体如下步骤：