一种Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料的制备方法及其在电催化析氢中的应用

摘要

本发明公开了一种Ag@Pt核壳纳米材料的制备方法及其在电催化析氢中的应用，该方法以油胺为溶剂，在CoSO

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化剂材料制备技术领域，具体涉及一种Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料的制备方法，该Ag@Pt核壳正二十面体催化剂在全pH范围内对析氢反应展现出较高的催化活性和稳定性。

背景技术

随着全球环境问题和能源危机的日益严重，可再生能源的工业化应用被提上日程。水电解制氢技术是目前最有前景的高效制氢方法之一，可将潮汐能、太阳能、核反应堆产生的多余能源有效再利用，实现可持续发展绿色氢经济。电催化剂通过降低反应能垒、促进反应动力学，对电化学反应速率起着至关重要的作用。因此开发高效电催化剂成为当务之急。迄今为止，铂(Pt)基材料因其较小的过电位和更优异的动力学仍被认为是最有效的析氢反应(HER)催化剂。然而Pt的天然稀缺性和与之相应的高成本阻碍了其大规模的商业化应用。尽管近些年很多不含Pt的电催化剂，例如包括其他贵金属(如Rh、Ru、Pd、Ir)和非贵金属催化剂也在HER领域崭露头角，但铂基材料的高催化性能仍然无法被其他金属材料完美复制。因此，在保持甚至提高催化剂本征催化活性的前提下，降低催化剂中贵金属Pt的使用量、提高Pt原子的利用率已成为当前Pt基催化剂研究的主流方向之一。鉴于在催化反应过程中，只有催化剂表层或者近表层的原子才能为反应提供活性中心。因此，提高Pt基催化剂表面Pt原子所占的比例是解决Pt基催化剂的商业化应用的有效途径。最常用的方法之一是在由金属或金属化合物制成的内核表面沉积薄的或原子层厚度的Pt壳，以形成Pt基核壳结构催化剂。与此同时，通过控制内核基底与Pt壳层之间的配体效应、晶格常数差异所带来的应力作用可以改变表面Pt的电子结构，实现对核壳结构催化剂电催化活性的调控。由此可见，制备Pt基核壳结构催化剂是研制高活性和稳定性析氢催化剂的最有效途径之一，对Pt电解水的商业化应用具有十分重要的意义。

工业化电解水制氢的能够商业化的重要指标是电催化剂在大电流密度下的催化活性和稳定性。目前报道的电催化剂可以达到以安培(A)为单位的电流密度，但大多负载或原位生长在泡沫镍等的三维自支撑材料上，依托基底材料来提高电催化剂的比活性面积，成为碱性条件下有效的析氢催化剂。但因其在酸性条件下易腐蚀，对宽pH范围内的商业化应用具有很大的局限性。因此，迫切需要开发一种在碱性介质、酸性介质甚至中性介质中提高析氢反应催化活性、稳定性和耐腐蚀性的通用型铂基核壳结构电催化剂。

发明内容

本发明的目的在于针对已有析氢催化剂材料及技术的不足，提出一种Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料的制备方法，以提高金属Pt的利用率，降低制作成本，提高其在全pH范围内的析氢反应催化活性，稳定性以及耐腐蚀性。

为实现上述目的，本发明本发明采用的技术方案是：将CTAC、CoSO

上述制备方法中，所述Pt

上述制备方法中，所述CTAC投入量为300～700mg，优选CTAC投入量为500mg。

上述制备方法中，所述油胺体积为10～30mL，优选油胺体积为20mL。

上述制备方法中，在150～200℃加热条件下反应4～8h，优选在170℃加热条件下反应6h。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过水热法制备了Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料，制备方法简单快捷，反应条件安全温和，且环境友好。

2、本发明以Co

3、本发明Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料作为电催化析氢的催化剂，在全pH范围内都表现出较大的电流密度和较快的反应动力学速率，对其电催化析氢的催化活性和稳定性都有了明显的提高，该方法简单环保，降低了贵金属Pt的使用量，更适用于商业化生产。

附图说明

图1是实施例1制备的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料的XRD图片。

图2是实施例1制备的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料的TEM照片。

图3是实施例1制备的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料与商业Pt black在0.5MH

图4是实施例1制备的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料在0.5M H

图5是实施例1制备的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料与商业Ptblack在1MKOH和1MPBS溶液中的HER极化曲线。

图6是实施例1制备的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料在1M KOH和1MPBS溶液中的稳定性图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

将500mg CTAC、20mg CoSO

实施例2

将500mg CTAC、20mg CoSO

实施例3

将500mg CTAC、20mg CoSO

实施例4

将700mg CTAC、20mg CoSO

实施例5

将300mg CTAC、20mg CoSO

实施例6

将500mg CTAC、20mg CoSO

实施例7

将500mg CTAC、20mg CoSO

实施例8

将500mg CTAC、20mg CoSO

由图3可见，实施例1得到的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料在酸性条件下达到100mA cm

由图4可见，实施例1得到的Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料在酸性条件下的耐久性测试，Ag@Pt核壳正二十面体纳米材料在500和1000mA cm