介绍
氯铂酸水合物（Chloroplatinic acid hydrate，化学式 H₂PtCl₆・nH₂O） 作为最常用的水溶性铂前驱体，是六氯合铂 (IV) 酸的水合形式，常见的稳定形态为六水合物（H₂PtCl₆・6H₂O），常温下为橙红色易潮解晶体，该物质具有优异的水溶性，也可溶于乙醇、丙酮等极性溶剂，铂元素为+4价，具有较强的氧化性，可被硼氢化钠、甲醛、乙二醇等多种还原剂还原为零价金属铂；在加热条件下会逐步分解，最终生成铂单质，因此也可通过热分解法制备铂基材料。
图一 氯铂酸水合物
在多孔碳载铂析氢催化剂中的应用
以多孔碳材料为载体负载铂纳米颗粒，是降低铂用量、提升催化效率的主流手段。而氯铂酸水合物的水溶液体系，与多孔碳载体的液相浸渍工艺高度适配，成为构建 CNₓ:Pt 纳米复合电催化剂的关键原料。
制备
首先通过 MPECVD 法，以甲烷 - 氮气为工作气体，分别采用硅或石墨阴极制备出纳米棒状与海绵状两种典型形貌的 CNₓ薄膜；随后对薄膜进行 750 ℃真空退火处理 15 min，促进碳骨架石墨化并优化孔隙结构。铂负载阶段以氯铂酸水合物配制的 8 wt% 水溶液为铂源，将退火后的 CNₓ薄膜浸入溶液中静置 2 h，使氯铂酸根离子（PtCl₆²⁻）充分渗透进入多孔网络的内部孔道，吸附在孔壁表面。之后采用硼氢化钠水溶液作为还原剂，将吸附态的 Pt (IV) 原位还原为金属铂纳米颗粒；经去离子水洗涤去除残留杂质、室温干燥 12 h 后，再次进行 750 ℃真空退火，既可以去除残留的氯、钠、硼等杂质元素，又能促进铂纳米颗粒的晶化与结构稳定，最终得到CNₓ:Pt 复合电催化层。
氯铂酸水合物作为前驱体能够实现铂在多孔碳基体中的高效负载与均匀分布。对于海绵状多孔结构的 CNₓ薄膜，其内部相互连通的曲折孔道对前驱体分子具有限域效应，既提供了大量的成核位点，又限制了还原后铂颗粒的迁移与团聚，最终形成平均粒径约 20 nm、尺寸分布窄、沿膜厚方向分布均匀的铂纳米颗粒。得益于均匀的颗粒分布与良好的电荷传输性能，该复合催化剂的铂负载量仅为 0.02~0.03 mg・cm⁻²，远低于工业质子交换膜电解槽 0.4~0.6 mg・cm⁻² 的典型铂用量，但其碱性条件下的 HER 电催化活性却优于平板纯铂电极，Tafel 斜率与纯铂电极接近，展现出极高的贵金属利用效率。
图二 #529Si:Pt (a,b) and #531Gr:Pt (c,d)样品的电镜图
相比之下，以硅阴极制备的纳米棒状 CNₓ薄膜作为载体时，棒间的开阔空间使氯铂酸前驱体与还原后的铂颗粒具有更高的迁移性，容易形成大尺寸颗粒并在膜表面富集，导致催化活性与导电性均显著低于海绵状体系。氯铂酸水合物液相浸渍法的负载效果高度依赖载体的孔结构，而通过调控载体形貌可以充分发挥前驱体的性能，实现催化效率的最大化。
内在机制
氯铂酸水合物基多孔碳载铂催化剂的优异性能，是前驱体化学特性、载体孔结构与界面协同效应共同作用的结果。首先，氯铂酸根离子的尺寸与电荷特性使其能够通过静电作用均匀吸附在含氮的碳孔道表面，氮掺杂的碳载体表面的胺基等官能团可以锚定铂前驱体离子，提升成核密度，抑制颗粒生长。其次，硼氢化钠的快速还原特性能够在吸附位点原位生成铂纳米晶，避免前驱体在干燥过程中的迁移与团聚，保证了颗粒的分散性。
一方面，高温退火促使碳载体进一步石墨化，提升基体导电性，为催化反应提供高效的电荷传输通道；另一方面，退火过程中铂原子发生表面扩散，优化了颗粒的晶面结构，同时提升了氯铂酸水合物基多孔碳载铂催化剂表面金属态铂的比例。X射线光电子能谱分析显示，海绵状 CNₓ:Pt 催化剂表面金属态铂的占比达到 61.5%，显著高于纳米棒状样品的 41.4%，更高比例的活性金属态铂是其高催化活性的原因。此外，退火还可以彻底去除氯、钠等来自前驱体与还原剂的残留杂质，避免杂质对催化位点的毒化作用[1]。
图三 X射线光电子能谱分析
参考文献
[1]Vasin A ,Rusavsky A ,Kysil D , et al.Nano/mesoporous graphitized CNx thin films grown by magnetron plasma assisted deposition as a support for electrocatalyst nanoparticles[J].Applied Surface Science,2026,740166997-166997.DOI:10.1016/J.APSUSC.2026.166997