一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂，催化剂包括载体和活性中心；所述载体为镍基硫化物；所述活性中心为Pt；所述Pt金属原子均匀分散负载在镍基硫化物上；所述Pt金属原子以单原子的形态存在。所述镍基硫化物为NiS2‑

【技术实现步骤摘要】
一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于纳米催化剂合成
，尤其是涉及一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]传统化石燃料作为世界经济发展的主要推动力，在能源领域具有不可替代的地位。氢能作为一种清洁、高能、无二次污染的“绿色能源”，被认为是后石油时代解决能源危机和环境危机的理想能源之一。电解水析氢技术因反应高效、易控、无污染等特点而逐渐成为研究热点。但目前多数镍基硫化物均存在高电压与长时间运行导致硫物种流失与不稳定的现象。
[0003]目前非贵金属因其经济效益与协同效应备受青睐，但是Pt等贵金属标杆型催化剂制备成本昂贵。目前，Pt单原子因广泛的活性表面积与原子利用率成为电解水领域的热点对象。煅烧制二维自支撑结构镍基硫化物与一维结构相比，以高度稳定的网状结构和受体活性面积深受青睐。同时，该二维镍基硫化物纳米片结构具有高效电子转移能力与多孔通道加速气体释放进而加速动力学的特性。
[0004]因此，如何进一步开发原子级分散贵金属廉价高效稳定的新型催化剂是实现贵金属电解水析氢规模化生产的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂。
[0006]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂的制备方法；该制备方法通过直接煅烧与水热/煅烧，再沉积Pt得到对应的不同镍基硫化物负载Pt单原子催化剂，并证实二维镍基硫化物单原子在碱性电解水制氢中的潜在能力。
[0007]为解决上述第一个技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂，包括载体和活性中心；
[0009]所述载体为镍基硫化物；
[0010]所述活性中心为Pt；
[0011]所述Pt金属原子均匀分散负载在镍基硫化物上；
[0012]所述Pt金属原子以单原子的形态存在。
[0013]为解决上述第二个技术问题，本专利技术采用的第一种技术方案如下：
[0014]一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0015]1)以镍盐为前驱体，加入有机介质和还原剂，充分混合，得到混合液A；
[0016]2)将混合液A与基底材料置于聚四氟乙烯内衬反应釜中进行水热反应；
[0017]3)待水热反应冷却后，得到LDH自支撑材料，将其置于30
‑
60℃真空干燥箱中干燥12
‑
24h得到基底材料A；
[0018]4)将所得基底材料A在空气氛围、200
‑
400℃煅烧2
‑
4h得到基底材料B；
[0019]5)将所得基底材料B与固体硫在200
‑
400℃的惰性气体氛围保护下持续煅烧2
‑
4h得到基底材料C；
[0020]6)将所得基底材料C在碱性条件下进行电化学沉积，并置于30
‑
60℃真空干燥12
‑
24h，得到二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂(本申请命名为：Pt
SA
NiS2‑
HS)。
[0021]优选地，步骤1)中，所述的镍盐为50
‑
100mg六水合硝酸镍，有机介质为10
‑
15mL、质量分数为99.9％的无水甲醇，还原剂为0.5
‑
1.0mL的N
‑
N二甲基甲酰胺。
[0022]优选地，步骤2)中，所述基底材料为泡沫镍(简称：NF)，水热反应的温度为120
‑
180℃，水热反应的时间为500
‑
600min。
[0023]优选地，步骤5)中，所述煅烧温度为250
‑
350℃，升温速率为2
‑
4℃/min。
[0024]优选地，步骤5)中，所述固体硫为升华硫，质量为0.3
‑
1.0g。
[0025]优选地，步骤5)中，所述惰性气体为氮气或者氩气。
[0026]优选地，步骤6)中，所述碱性环境为50
‑
100mg亚氯铂酸钾分散在50
‑
100mL、1M KOH的电解质溶液；所述工作电极为直接生长于泡沫镍上的镍基硫化物载体，对电极选用碳棒，参比电极选用Hg/HgO。
[0027]优选地，步骤6)中，所述电化学沉积选用电流计时法，施加的可逆氢电压区间为[
‑
0.576V,
‑
0.426V]，持续时间设置为300
‑
1000s。
[0028]为解决上述第二个技术问题，本专利技术采用的第二种技术方案如下：
[0029]一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0030]1)将基底材料D与的固体硫在200
‑
400℃的惰性气体氛围下煅烧2
‑
4h得到基底材料E；
[0031]2)将所得基底材料E在碱性条件下进行电化学沉积，并置于30
‑
60℃真空干燥12
‑
24h，得到二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂(本申请命名为：Pt
SA
NiS2‑
DS)。
[0032]优选地，步骤1)中，所述基底材料D为泡沫镍。
[0033]优选地，步骤1)中，所述固体硫为升华硫，质量为0.3
‑
1.0g。
[0034]优选地，步骤2)中，所述碱性环境为50
‑
100mg亚氯铂酸钾分散在50
‑
100mL、1M KOH的电解质溶液；所述工作电极为直接生长于泡沫镍上的镍基硫化物载体，对电极选用碳棒，参比电极选用Hg/HgO。
[0035]优选地，步骤2)中，所述电化学沉积选用电流计时法，施加的可逆氢电压区间为[
‑
0.576V,
‑
0.426V]，持续时间设置为300
‑
1000s。
[0036]本专利技术所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0037]如无特殊说明，本专利技术中的各原料均可通过市售购买获得，本专利技术中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
[0038]与现有技术相比较，本专利技术具有如下有益效果：
[0039]本专利技术通过直接煅烧与水热/煅烧，再沉积Pt得到对应的不同镍基硫化物负载Pt单原子催化剂，证实二维镍基硫化物单原子在碱性电解水制氢中的潜在能力。通过改变基底材料的煅烧时间、煅烧温度以及固体硫的用量实现基底材料的优化；并且调节沉积电压与时间精准控制Pt单原子的负载量。通过TEM表明了该催化剂二维结构上并未出现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂，包括载体和活性中心；其特征在于：所述载体为镍基硫化物；所述活性中心为Pt；所述Pt金属原子均匀分散负载在镍基硫化物上；所述Pt金属原子以单原子的形态存在。2.根据权利要求1所述二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)以镍盐为前驱体，加入有机介质和还原剂，充分混合，得到混合液A；2)将混合液A与基底材料置于聚四氟乙烯内衬反应釜中进行水热反应；3)待水热反应冷却后，得到LDH自支撑材料，将其置于30
‑
60℃真空干燥箱中干燥12
‑
24h得到基底材料A；4)将所得基底材料A在空气氛围、200
‑
400℃煅烧2
‑
4h得到基底材料B；5)将所得基底材料B与固体硫在200
‑
400℃的惰性气体氛围保护下持续煅烧2
‑
4h得到基底材料C；6)将所得基底材料C在碱性条件下进行电化学沉积，并置于30
‑
60℃真空干燥12
‑
24h，得到二维镍基硫化物负载Pt单原子催化剂Pt
SA
NiS2‑
HS。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的镍盐为50
‑
100mg六水合硝酸镍，有机介质为10
‑
15mL、质量分数为99.9％的无水甲醇，还原剂为0.5
‑
1.0mL的N
‑
N二甲基甲酰胺。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述基底材料为泡沫镍，水热反应的温度为120
‑
180℃，水热反应的时间为500
‑
600min。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤5)中，所述煅烧温度为250
‑
350℃，升温速率为2
‑
4℃/min。6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴登峰，夏维，曹东，程道建，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：