一种铂单原子复合电极的制备方法

本发明涉及电催化氧化还原，尤其是一种铂单原子复合电极的制备方法。

背景技术：

1、尽管ruo2和iro2催化剂在电化学催化中已得到广泛的应用，但在高电位的酸性介质中表现出较差的稳定性。铂或铂基催化剂目前被公认为最先进的电催化剂。将铂电催化剂裁剪成原子级精确的超小尺寸，其具有独特的结构性质、物理化学性质、超高的表面体积比、原子精度结构和可调谐电子结构，显示出优越的电催化性能以及稳定性。另外pt的原子水平工程是实现最小pt剂量的同时展现出最大电催化性能的一种有效电催化设计策略。另外现有技术中的pt掺杂催化剂电极中的pt在制备过程中易被氧化为离子铂(尤其是氧化铂)，容易导致催化剂失活。本发明中ptncb催化剂性能的显著提高源于表面pt原子d带中心的下移，这不仅抑制了活性位点上oh和o物种的形成，而且还阻止了表面pt原子的氧化，进而大幅提高了原有ruo2–iro2复合电极的活性。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一个有效的原子水平工程策略去提升pt基电催化剂的电催化性质，在n掺杂碳基面上制备了pt-b活性中心的pt单原子催化剂并与ruo2–iro2复合制备ruo2–iro2–ptncb电极，其对工业废水的治理有重要影响。该方法制备电极涂层能够增强材料的稳定性、电催化性能，是一种很有前途的用于有机污染废水电催化降解的电极材料。

2、为了实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种铂单原子复合电极的制备方法，包括以下具体步骤：

4、步骤a.将h2ptcl6和四次甲氨基乙硼烷按照质量比为1：10～100的比例进行混合研磨，混合物随后在反应釜中进行密闭加热反应，温度为200～400℃，加热时间为1～10h；

5、步骤b.然后转移至0～100mbar，200～800℃的条件下的真空反应釜中继续煅烧1～5h获得ptncb，将得到的ptncb在0.05m～5mh2so4溶液中浸出6～48h，去除残留的纳米颗粒；

6、步骤c.将0.001～0.1gptncb，0.001～0.1g浓度为0.01～0.1g/ml的h2ircl6溶液以及0.001～0.1g浓度为0.01～0.1g/ml的rucl3溶液进行混合充分搅拌，然后添加0.01～100ml乙醇和0.001～10mlnafion溶液；

7、步骤d.将碱液加入步骤c制备的混合溶液中，直到ph＝8～14，然后超声1～60min；

8、步骤e.将上述步骤d制备的混合物凝胶涂覆到衬底上，在80～120℃下干燥10～30min，并重复涂覆-干燥步骤2～50次，在300～800℃下煅烧30～150min，最终获得铂单原子复合电极。

9、优选为，所述步骤d中碱液为氨水、koh、naoh溶液中的任意一种或任意两种及以上组合。

10、优选为，所述步骤e中的衬底为钛基、铌基、碳基、不锈钢基、铜基、碳钢基中的任意一种。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、1、联硼化合物四次甲氨基乙硼烷是一类具有硼硼键的有机硼化试剂，广泛用于有机底物的硼化反应，由于含有硼硼键，所以具有独特的路易斯酸性以及还原性，因此四次甲氨基乙硼烷可以作为单电子还原剂发挥作用。本发明专利创新性地将有机联硼分子四次甲氨基乙硼烷引入到无机纳米材料表面态及能带结构调控中。

13、2、锚定在硼空穴的铂单原子在费米能级之上有更多的d空轨道，有效调节了催化剂电子结构。负载在硼空穴的铂单原子相对于负载在氮空穴与碳空穴对于烷烃、烯烃等有着更大的吸附能。载体上不同锚定位可以有效调控负载单原子pt的化学活性，在硼空穴处铂单原子活性更好。另外得益于强大且热稳定的pt–b键合，抑制并延缓pt原子扩散和纳米粒子迁移，极大地抑制了高温烧结过程中ptncb的团聚。

14、3、ptncb尤其是bb-pt的存在可以很容易地改变ruo2–iro2的电子性质，并通过降低能量势垒和提高活性氧物种的离解能来提高催化活性。

15、4、本发明中关键的控制pt单原子的还原合成工艺不需要复杂且不安全的合成操作，如氢气氛围下煅烧或高温煅烧等，这是以前开发的技术通常采用的方式，存在安全隐患。

技术特征：

1.一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤a中h2ptcl6和四次甲氨基乙硼烷的质量比为1：10～100。

3.根据权利要求1所述的一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤a中加热反应的温度为200～400℃，加热时间为1～10h。

4.根据权利要求1所述的一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤b中真空反应釜的煅烧条件为0～100mbar，200～800℃，煅烧时间1～5h。

5.根据权利要求1所述的一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤b中得到的ptncb在0.05m～5mh2so4溶液中浸出6～48h，去除残留的纳米颗粒。

6.根据权利要求1所述的一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤c中ptncb为0.001～0.1g；h2ircl6溶液浓度为0.01～0.1g/ml，质量为0.001～0.1g；rucl3溶液浓度为0.01～0.1g/ml，质量为0.001～0.1g；添加乙醇量为0.01～100ml；添加nafion溶液为0.001～10ml。

7.根据权利要求1所述的一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤d中碱液为氨水、koh、naoh溶液中的任意一种或任意两种及以上组合。

8.根据权利要求1所述的一种铂单原子复合电极的制备方法，其特征在于，所述步骤e中衬底为钛基、铌基、碳基、不锈钢基、铜基、碳钢基中的任意一种。

技术总结
本发明公开一种Pt单原子的可控合成和其与RuO<subgt;2</subgt;–IrO<subgt;2</subgt;复合作为阳极电催化剂及其电极的制备方法，其步骤：将H<subgt;2</subgt;PtCl<subgt;6</subgt;和四次甲氨基乙硼烷按照一定比例进行混合研磨，混合物随后在反应釜中进行密闭加热反应，然后转移至真空反应釜中再次进行煅烧处理，得到PtNCB。将含有制备好的PtNCB、以及RuCl<subgt;3</subgt;和IrCl<subgt;3</subgt;前驱体溶液配制成涂层溶液，均匀地涂敷在衬底上，然后将产生的电极干燥，将含有涂层的电极在加热炉中烧结最终获得一种Pt单原子的可控合成和其与RuO<subgt;2</subgt;–IrO<subgt;2</subgt;复合最终制备成RuO<subgt;2</subgt;–IrO<subgt;2</subgt;–PtNCB电极。通过巧妙地控制有机联硼化合物四次甲氨基乙硼烷的量，成功合成了Pt单原子精确保护的PtNCB，并与RuO<subgt;2</subgt;–IrO<subgt;2</subgt;作为阳极电催化剂进行共催化。本发明的Pt单原子催化剂不仅表现出了优异的抗烧结性能，也表现出了优异的电催化活性。

技术研发人员：李森,陈玉娟,庾小芳,李丽芳,傅宇虹,张帅
受保护的技术使用者：贵州师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23