本發(fā)明屬于電催化，具體涉及一種ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、可再生能源領(lǐng)域中，氫能源因其高效環(huán)保的特性而受到關(guān)注。氫能源是指利用氫氣作為能量載體的一種清潔能源形式，氫氣的制備與氫能源的發(fā)展息息相關(guān)。到目前為止，水電解制氫被認(rèn)為是一種清潔、可持續(xù)的氫氣生產(chǎn)方法。然而，傳統(tǒng)的水電解方法存在效率低、成本高的問題，因此開發(fā)高效的催化劑對提高水電解析氫反應(yīng)的效率至關(guān)重要。

2、通過設(shè)計(jì)和優(yōu)化催化劑結(jié)構(gòu)，可以提高催化活性和穩(wěn)定性，從而降低能源消耗和減少成本。鉑(pt)是目前最常用的her催化劑之一，具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，但由于鉑的稀缺性和高成本，限制了其在大規(guī)模應(yīng)用中的發(fā)展。

3、近年來，隨著二元合金電催化劑的技術(shù)逐漸成熟，現(xiàn)有的工作已經(jīng)從二元合金電催化劑的制備轉(zhuǎn)向了更復(fù)雜的三元合金體系的研究。三元合金相比二元合金表現(xiàn)出了更優(yōu)異的電催化性能，這歸因于所有三種元素之間的協(xié)同作用，能夠形成更多元化的活性位點(diǎn)，這些位點(diǎn)對特定反應(yīng)的吸附和活化能力更強(qiáng)，從而提高催化效率。同時(shí)三元合金能夠調(diào)節(jié)催化性能的靈活，通過改變合金中各金屬元素的比例，優(yōu)化催化劑的電子結(jié)構(gòu)；三元合金中的多種金屬元素能夠調(diào)整催化劑表面的電子分布，形成更為有利的電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移和反應(yīng)物的吸附，進(jìn)而提高催化反應(yīng)的選擇性和活性。但現(xiàn)有三元合金催化劑雖然可以降低析氫反應(yīng)(her)或析氧反應(yīng)(oer)的過電位，但其活性仍無法與純貴金屬催化劑(如pt或ir基催化劑)媲美，同時(shí)在酸性或堿性電解質(zhì)中，三元合金中的非貴金屬(如ni、co)容易發(fā)生溶解或氧化，導(dǎo)致催化劑失去活性。

4、因此，開發(fā)高效低成本且具備高穩(wěn)定性的三元合金催化劑對提高水電解析氫反應(yīng)的效率至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑及其制備方法和應(yīng)用，通過濕浸漬法實(shí)現(xiàn)金屬鹽在碳布上的負(fù)載，最后通過在10％氫氮混合氣中熱分解獲得ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑，該催化劑能夠高效地電解模擬海水，證明了通過摻雜合適的金屬元素制備多元合金催化劑是制備高性能電催化劑的一種有效策略。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑，包括碳布及負(fù)載在碳布上的ni3ga0.8pt0.2催化劑。

4、在一些其他實(shí)施方式中，所述ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑中ni3ga0.8pt0.2催化劑的負(fù)載量為55-60wt％，其中ni、ga和pt的負(fù)載量分別為：30-40wt％、10-15wt％和10-15wt％；

5、所述ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的粒徑為150-250nm；

6、優(yōu)選的，所述ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑中ni3ga0.8pt0.2催化劑的負(fù)載量為57wt％，其中ni、ga和pt的負(fù)載量分別為：35wt％、12wt％和10wt％；

7、所述ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的粒徑為200nm。

8、第二方面，本發(fā)明提供了第一方面所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的制備方法，包括以下步驟：

9、(1)將碳布、鎳源、鎵源和鉑源混合后加入水中浸漬，得到混合物；

10、(2)混合物經(jīng)干燥、還原后得到ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑。

11、在一些其他實(shí)施方式中，步驟(1)中，

12、所述鎳源、鎵源和鉑源的摩爾比為(2.5-3.0)：(0.7-0.9)：(0.1-0.3)；

13、所述浸漬為超聲分散10-30min，浸漬10-15h；

14、優(yōu)選的，所述鎳源、鎵源和鉑源的摩爾比為3.0：0.8：0.2；

15、所述浸漬為超聲分散20min，浸漬12h。

16、在一些其他實(shí)施方式中，混合前，還包括對碳布進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理的方法為將碳布浸泡在丙酮和乙醇的混合溶液中，真空干燥后再進(jìn)入硫酸溶液中，用水洗滌至中性后，最后真空干燥即得；

17、優(yōu)選的，所述預(yù)處理的方法為：浸泡的溫度為25-30℃，所述丙酮和乙醇的體積比1：(1-3)，所述真空干燥的溫度為55-60℃，真空干燥的時(shí)間為10-12h，所述硫酸溶液為硫酸與水的體積為1:(1-2)的溶液。

18、在一些其他實(shí)施方式中，步驟(1)中，所述鎳源為硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的一種或多種；

19、所述鎵源為硝酸鎵、氯化鎵和硫酸鎵中的一種或多種；

20、所述鉑源為氯鉑酸、氯鉑酸鋰和乙酰丙酮鉑中的一種或多種。

21、在一些其他實(shí)施方式中，步驟(2)中，所述干燥的溫度為80-120℃，時(shí)間為10-15h；

22、所述還原的溫度為600-800℃，時(shí)間為1-5h，氣氛為氫氮混合氣；

23、優(yōu)選的，所述還原的溫度為700℃，時(shí)間為2h，氫氮混合氣為體積比為10％的氫氮混合氣。

24、第三方面，本發(fā)明提供了第一方面所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑在電解水制氫中的應(yīng)用。

25、在一些其他實(shí)施方式中，所述水為模擬海水；優(yōu)選的，所述模擬海水為含1m?koh和0.1m?nacl的水。

26、第四方面，本發(fā)明提供了一種電解水制氫的方法，以第一方面所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑作為電解水制氫的催化劑，在1m?koh環(huán)境下電解水制氫。

27、有益效果如下：

28、本發(fā)明采用表面功能化沉積法和氫還原法合成了一種新型合金催化劑ni3ga0.8pt0.2/cc，能夠高效地電解模擬海水，在堿性環(huán)境下具備優(yōu)秀的電化學(xué)性能，催化劑在-10ma?cm-2下的lsv過電位值為26mv，優(yōu)于大多數(shù)催化劑的性能。exafs和xps等表征表明，三金屬之間存在電子轉(zhuǎn)移，pt位點(diǎn)和碳布載體之間發(fā)生了電子擾動，電荷再分布直接加速了催化過程中ni位點(diǎn)和pt位點(diǎn)的水吸附行為，從而促進(jìn)了電化學(xué)反應(yīng)。通過ni與ga之間的電子轉(zhuǎn)移，將更多的電子轉(zhuǎn)移至ga，高價(jià)ni降低氫吸附速率，降低了反應(yīng)中間體的結(jié)合能，從而加速電催化劑析氫反應(yīng)(her)進(jìn)程。

技術(shù)特征：

1.一種ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑，其特征在于，包括碳布及負(fù)載在碳布上的ni3ga0.8pt0.2催化劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑，其特征在于，

3.一種權(quán)利要求1或2所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鎳源、鎵源和鉑源的摩爾比為(2.5-3.0)：(0.7-0.9)：(0.1-0.3)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，混合前，還包括對碳布進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理的方法為將碳布浸泡在丙酮和乙醇的混合溶液中，真空干燥后再浸入硫酸溶液中，用水洗滌至中性后，最后真空干燥即得；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述鎳源為硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的一種或多種；

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述干燥的溫度為80-120℃，時(shí)間為10-15h；

8.一種權(quán)利要求1或2所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑在電解水制氫中的應(yīng)用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述水為模擬海水；優(yōu)選的，所述模擬海水為含1m?koh和0.1m?nacl的水。

10.一種電解水制氫的方法，其特征在于，以權(quán)利要求1或2所述的ni3ga0.8pt0.2/cc催化劑作為電解水制氫的催化劑，在1m?koh環(huán)境下電解水制氫。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ni<subgt;3</subgt;Ga<subgt;0.8</subgt;Pt<subgt;0.2</subgt;/CC催化劑及其制備方法和應(yīng)用，包括碳布及負(fù)載在碳布上的Ni<subgt;3</subgt;Ga<subgt;0.8</subgt;Pt<subgt;0.2</subgt;催化劑。本發(fā)明通過浸漬法實(shí)現(xiàn)了三金屬位點(diǎn)在碳布上的負(fù)載，最后通過10％氫氮混合氣還原獲得Ni<subgt;3</subgt;Ga<subgt;0.8</subgt;Pt<subgt;0.2</subgt;/CC催化劑，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，Ni<subgt;3</subgt;Ga<subgt;0.8</subgt;Pt<subgt;0.2</subgt;/CC催化劑能夠高效地電解模擬海水，在堿性環(huán)境下具備高HER催化活性。

技術(shù)研發(fā)人員：寧良民,史佳臻,王坤華,于昊,高猛,付民,陳偉,韓宗盈,管美麗,楊燕茹,邊志國
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24