【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化材料，涉及一种负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂及其制备方法与应用，具体涉及一种超低pt单原子载量的镍钒层状双氢氧化物(pt1/niv-ldh)电催化剂的制备方法及其在工业电流密度下耐氯产氢的应用。
技术介绍
1、氢能作为一种绿色零碳的新型清洁能源，在实现碳达峰、助力碳中和的过程中扮演着重要角色。电解水制氢作为生产“绿氢”的重要方式受到淡水资源紧缺的限制，于是研究者们把目光转向了储量丰富的海水，但由于海水成分复杂给直接制氢技术带来了诸多挑战。在电解条件下，产生的不溶性沉淀物和氯离子导致电催化剂效率低、稳定性差。另外，碱性电解质中没有氢质子，吸附所需的质子要由水分子提供，这种碱性环境下增加的水解离步骤也严重限制了her的效率。因此，开发应用于大电流密度下和直接电解海水的高效her催化剂具有重要意义。
2、在众多催化剂中，单原子催化剂(sacs)不仅金属负载量极低且原子利用率接近100％，其独特的电子和几何结构赋予催化剂超高选择性，并且原子-金属载体间强相互作用可以加速催化反应过程中电荷的转移，提高催化活性，这些优势使其成为研究热点。然而，单原子的表面自由能较高，在实际反应的过程中，孤立的原子很容易发生迁移并团聚成团簇或纳米颗粒影响催化剂的催化性能。因此，寻找合适的载体材料降低或避免单原子的迁移和团聚是实现sacs催化性能的关键。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术公开了一种负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂及其制备方法与应用，具体公开了一
2、需要说明的是，镍基层状双氢氧化物(ni-ldh)因其层状结构稳定、组分可调、活性位点丰富且表面大量的表面氧有利于稳定本征活性较高的贵金属单原子。此外，掺杂高价过渡金属钒(v)可以稳定ni-ldh的表面氧以防止结构坍塌，还可以吸引周围的电子来有效地调节相邻3d金属的电子结构，并改变过渡金属基催化剂的d带中心，以优化催化剂各金属活性位点对催化反应中间体的吸脱附，从而提高活性位点的催化性能。以v掺杂的ni-ldh(niv-ldh)载体负载贵金属单原子可以大幅提高单原子催化剂的稳定性，并最大限度地利用各金属活性中心的独特优势以提升催化剂的催化活性。基于上述原因，设计制备将pt单原子分散在超薄niv-ldh纳米片的电催化剂以提升其电解水制氢的催化活性和稳定性具有可行性，也是当前急需解决的技术问题。
3、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
4、本专利技术的第一个技术目的是提供一种负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤(1)：对nf进行预处理，将大小为2×4cm2的nf依次浸没在盐酸中超声、在去离子水中超声，最后在乙醇中超声，自然风干备用；
6、步骤(2)：将氯铂酸溶解在含有尿素的乙二醇溶液中，然后将溶液与含硝酸镍和三氯化钒的去离子水溶液混合并搅拌均匀；
7、步骤(3)：将步骤(1)预处理后的nf浸入步骤(2)得到的混合溶液中，随后转移至聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中反应；
8、步骤(4)：待步骤(3)反应结束后将得到的样品分别用去离子水和乙醇冲洗数次，然后真空干燥，最终得到负载在nf上的pt1/niv-ldh电催化剂。
9、可选地，步骤(1)中的浸没超声操作为：先将大小为2×4cm2的nf浸没在3mol/l盐酸中超声15分钟，然后在去离子水中超声6分钟，最后在乙醇中超声5分钟。
10、可选地，步骤(2)中，氯铂酸与尿素的质量比为0.01：0.12，尿素与乙二醇溶液的质量体积比为120mg：20ml，硝酸镍和三氯化钒的离子总数为1.6mmol。
11、可选地，步骤(3)中的反应温度为120℃，反应时间为12h。
12、具体地，包括如下步骤：
13、步骤(1)：对nf进行预处理，先将大小为2×4cm2的nf浸没在3mol/l盐酸中超声15分钟，然后在去离子水中超声6分钟，最后在乙醇中超声5分钟，自然风干备用；
14、步骤(2)：将0.01g h2ptcl6·6h2o溶解在含有120mg尿素的20ml乙二醇溶液中，然后将溶液与含ni(no3)2·6h2o和vcl3(离子总数为1.6mmol)的20ml的去离子水溶液混合并搅拌均匀；
15、步骤(3)：将预处理后的nf浸入步骤(2)得到的混合溶液中，随后转移至100ml聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，并在120℃下反应12h；
16、步骤(4)：待步骤(3)反应结束后将得到的样品分别用去离子水和乙醇冲洗数次，然后真空干燥6h，最终得到负载在nf上的pt1/niv-ldh电催化剂。
17、本专利技术采用简单的溶剂热法以h2ptcl6·6h2o为pt源原位氧化设计并合成了一种高效的pt1/niv-ldh催化剂，该催化剂在1m koh、1m koh+0.5/1.0/2.0m nacl，1m koh+天然海水等一系列碱性电解质中表现出优异的her性能；且本专利技术合成的电催化剂在碱性介质中，起始电位几乎为零，在200mv过电位下具有20.98s-1的超高周转频率(tof)值，是商业pt/c的3.8倍，其质量活性是商业pt/c电极的9倍，并在工业电流密度下，表现出优异的碱性her催化活性和稳定性。
18、需要说明的是，本专利技术公开制备的纳米材料电催化剂相比于传统的块体电催化剂具有更大的比表面积和更高密度的催化活性位点，因而具有更加优异的电催化活性。但是一般的纳米材料电催化剂在强酸或强碱电解液中易发生溶解，造成活性组分损失，稳定性降低，而超小或超薄纳米材料组成的具有纳米微结构的多级超结构纳米电催化剂能够克服这一缺点。该多级超结构纳米电催化剂不仅具有高密度的活性位点，还具备类似块体材料的结构稳定性，这将有利于电催化性能的提升。
19、进一步地，火山图描述了材料催化活性与该材料氢吸附自由能之间的关系。pt非常接近火山图曲线的顶部，具有合适的氢吸附自由能，因此pt基电催化剂在her过程中通常表现出超高催化活性。此外，得益于pt独特的电子结构，其5d轨道位于离费米能级最远的位置，这有利于电子通过pt传输和迁移，从而提高表面活性位点与反应物之间的电子转移，使反应中间体更容易在其表面吸附形成活化的中间产物。
20、本专利技术的第二个技术目的是提供一种如上述方法制备的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂，所述电催化剂为镍钒层状双氢氧化物pt1/niv-ldh，所述电催化剂为超薄纳米片niv-ldh负载pt单原子，也即pt单原子修饰的超薄niv-ldh纳米片；所述pt1/niv-ldh电催化剂由反应活性物和载体组成，其中反应活性物为pt单原子，而载体为镍钒层状双氢氧化物纳米材料；
21、且，所述电催化剂以导电基底泡沫镍(nf)为自支撑载体，采用简单的溶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的浸没超声操作为：先将大小为2×4cm2的NF浸没在3mol/L盐酸中超声15分钟，然后在去离子水中超声6分钟，最后在乙醇中超声5分钟。
3.根据权利要求1所述的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氯铂酸与尿素的质量比为0.01：0.12，尿素与乙二醇溶液的质量体积比为120mg：20mL，硝酸镍和三氯化钒的离子总数为1.6mmol。
4.根据权利要求1所述的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的反应温度为120℃，反应时间为12h。
5.一种如权利要求1所述方法制备的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂，其特征在于，所述电催化剂为镍钒层状双氢氧化物Pt1/NiV-LDH，所述电催化剂为超薄纳米片NiV-LDH负载Pt单原子，也即Pt单原子修饰的超薄N
6.一种如权利要求1所述方法制备的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂或如权利要求5所述的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂在电催化产氢中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂在工业电流密度下耐氯产氢的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的浸没超声操作为：先将大小为2×4cm2的nf浸没在3mol/l盐酸中超声15分钟，然后在去离子水中超声6分钟，最后在乙醇中超声5分钟。
3.根据权利要求1所述的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氯铂酸与尿素的质量比为0.01：0.12，尿素与乙二醇溶液的质量体积比为120mg：20ml，硝酸镍和三氯化钒的离子总数为1.6mmol。
4.根据权利要求1所述的负载铂单原子的镍钒层状双氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的反应温度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙华传，王春栋，刘锋，崔浩，柳清菊，陈明鹏，赵心茹，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。