一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑及其制備方法，該催化劑由二水合鉬酸鈉、硫脲、碳布和鉑絲/鉑片，經水熱反應和電沉積工藝制成。具體制備方法如下：將摩爾比為1:3.5～1:4的二水合鉬酸鈉與硫脲攪拌溶解于去離子水中，將溶液轉移到反應釜中，加入碳布進行水熱反應，然后自然冷卻至室溫，取出碳布，超聲清洗、干燥，將獲得的產物直接作為工作電極，鉑絲或鉑片同時作為對電極和鉑源，用0.5M?H2SO4作為電解液，在電壓范圍為?0.2(vs.RHE)～?0.5V(vs.RHE)掃循環伏安曲線，使痕量鉑納米粒子沉積在MoS2/CC表面，即得到該催化劑Pt/MoS2/CC。經測試，本發明專利技術提出制備的催化劑析氫性能和商業使用的鉑碳催化劑相當甚至略高，但制備方法簡單、成本低、無污染。

【技術實現步驟摘要】
一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑及其制備方法
本專利技術屬于電解水析氫材料研究，具體涉及一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑及其制備方法。
技術介紹
20世紀50年代以后，石油危機的爆發引起了世界各國對能源危機的關注，石油儲量不是無限的，如果不適當調整能源消費結構，人類將面臨嚴重的能源危機，積極尋求開發新能源已經迫在眉睫。氫能源是目前非常具有前景的二次能源，氫的燃燒熱為28900千卡/千克，大約是汽油燃燒熱的三倍，而且反應產物是水，對環境無污染，是具有巨大發展前景的清潔能源。氫能源目前在汽車、電動車、航天、醫學、工業等領域有很廣泛的應用。氫氣的生產主要有四個方法：電解水制氫、生物制氫、化石燃料制氫以及光解水制氫，在這四種方法中，電解水制氫具有的優點是制得的氫氣純度高、設備簡單、生產成本相對較低、原材料水資源非常豐富，但是電解水制氫存在的一個最大問題是催化劑普遍存在一個比較大的過電位導致消耗的電量極大，這在很大程度上限制了電解水制氫工業化的進程，因此發展高效、穩定的析氫催化劑對于氫能源問題具有重要意義。目前析氫催化劑主要分為貴金屬、非金屬以及非貴金屬材料三大類，其中貴金屬尤其是鉑的析氫過電位為0mV(vs.RHE)，隨著電位負移電流密度迅速增加，電解一定量的水所消耗的電量較小，催化效果較好，但是該材料地球儲量少、價格昂貴，阻礙了其廣泛應用。如何合成性能優異、價格便宜的催化劑是實現電解水制氫工業化需要解決的首要問題。催化劑的研究主要集中在非金屬以及非貴金屬材料兩個方向，非金屬材料主要是指N、P、S等摻雜/共摻雜的碳材料，此類材料合成較多使用水熱、電化學沉積、氣相化學沉積、物理法等手段進行，合成方法比較簡單，材料析氫性能也有比較好的提升，但其合成成本較高、催化性能與鉑及鉑合金催化劑相差較遠，不能滿足工業化需要。現有公開的非貴金屬材料催化劑有FeP、CoP、NiP、WP，均通過簡單的水熱-低溫磷化方法合成，材料形貌均一，經過磷化后形貌依然保持不變，導電性和穩定性較好。但其存在合成過程中的低溫磷化過程難于控制，會產生劇毒磷化氫氣體等問題。
技術實現思路
本專利技術提出了一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑及其制備方法，目的在于解決現有催化劑合成過程中的低溫磷化過程難于控制，會產生劇毒磷化氫氣體等問題。本專利技術提出一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑，其為碳布作為基底支撐的二硫化鉬和鉑，二硫化鉬納米片陣列垂直生長在碳布上，納米片之間交錯形成微孔；該催化劑中二硫化鉬質量百分比49.28％-51％，鉑的質量分數在9.3％。進一步的，所述的催化劑，其由二水合鉬酸鈉、硫脲、碳布和鉑絲/鉑片，經水熱反應和電沉積工藝制成；其中二水合鉬酸鈉與硫脲的摩爾比為1:3.5～1:4。相應地，本專利技術提出一種所述催化劑制備方法，包括以下步驟：(1)將碳布用乙醇浸沒，超聲清洗后用去離子水清洗，干燥處理；將摩爾比為1:3.5～1:4的二水合鉬酸鈉與硫脲置于裝有去離子水容器中，攪拌至溶液澄清；將所述溶液移至40～60mL反應釜中，浸入碳布，在為200℃～220℃條件下水熱反應24～26小時；待反應釜冷卻后，取出碳布，清除表面殘留雜質，干燥處理，得到負載于碳布的二硫化鉬MoS2/CC；(2)在電解槽中，以0.5MH2SO4作為電解液，將所述二硫化鉬MoS2/CC作為工作電極，采用鉑制材料作為鉑源和對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，在-0.2V(vs.RHE)到-0.5V(vs.RHE)的電壓范圍內，掃循環伏安曲線900～1500次，得到所述催化劑Pt/MoS2/CC。進一步的，所述催化劑的制備方法的步驟(2)中，掃循環次數為900～1500次。進一步的，所述催化劑的制備方法的步驟(1)中的攪拌采用磁力攪拌。本專利技術所提供的一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑及其制備方法，由于使用了導電性能非常優異的碳布作為基底進行MoS2納米片的生長，極大的增大了材料整體的導電性能。和目前普遍使用的材料制備方法相比，本專利技術使用鉑絲或鉑片作為鉑源，通過在電解液中進行多次循環伏安掃描使痕量鉑納米粒子沉積在硫化鉬納米片上。本專利技術提出的方法具有高效的析氫性能、合成方法簡單、可大規模生產、成本低的優點，有望應用于商業生產中。本專利技術方法簡單、成本較低，合成過程綠色無污染，且本專利技術析氫性能可以和商業最好的催化劑相媲美。附圖說明圖1為實施例1所制備的催化劑的穩定性能曲線；圖2為本專利技術合成的催化劑與現有商用催化劑析氫性能對比圖。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。以下通過實施例對本專利技術詳細說明。實施例1，包括下述步驟：將碳布用乙醇浸沒，超聲清洗后用去離子水清洗，干燥處理；將0.242g的二水合鉬酸鈉和0.305g的硫脲均勻溶于適量去離子水中，轉入50ml反應釜中，加入碳布，水熱反應條件為200℃、24小時，反應結束，得到MoS2/CC用去離子水清洗，干燥，然后進行電化學沉積，得到Pt/MoS2/CC。以第一步得到的碳布作為工作電極，鉑絲或鉑片同時作為鉑源和對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，溶液為0.5MH2SO4，循環伏安電壓范圍為-0.2V(vs.RHE)到-0.5V(vs.RHE)，循環掃描1000圈，即得到具有高效析氫性能的Pt/MoS2/CC催化劑。其中二硫化鉬質量百分比51％，鉑的質量分數在9.3％。實施例2，包括下述步驟：將碳布用乙醇浸沒，超聲清洗后用去離子水清洗，干燥處理；將0.242g的二水合鉬酸鈉和0.266g的硫脲均勻溶于適量去離子水中，轉入50ml反應釜中，加入碳布，水熱反應條件為200℃、24小時，反應結束，用去離子水清洗，干燥，然后進行電化學沉積，以第一步得到的碳布作為工作電極，鉑絲或鉑片同時作為鉑源和對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，溶液為0.5MH2SO4，循環伏安電壓范圍為-0.2V(vs.RHE)到-0.5V(vs.RHE)，循環掃描1000圈。其中二硫化鉬質量百分比49.28％，鉑的質量分數在9.3％。實施例3，包括下述步驟：將碳布用乙醇浸沒，超聲清洗后用去離子水清洗，干燥處理；將0.242g的二水合鉬酸鈉和0.305g的硫脲均勻溶于適量去離子水中，轉入50ml反應釜中，加入碳布，水熱反應條件為220℃、24小時，反應結束后，用去離子水進行清洗，干燥，然后進行電化學沉積，以第一步得到的碳布作為工作電極，鉑絲或鉑片同時作為鉑源和對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，溶液為0.5MH2SO4，循環伏安電壓范圍為-0.2V(vs.RHE)到-0.5V(vs.RHE)，循環掃描1000圈。其中二硫化鉬質量百分比51％，鉑的質量分數在9.3％。實施例4，包括下述步驟：將碳布用乙醇浸沒，超聲清洗后用去離子水清洗，干燥處理；將0.242g的二水合鉬酸鈉和0.305g的硫脲均勻溶于適量去離子水中，轉入50ml反應釜中，加入碳布，水熱反應條件為200℃、26小時，反應結束后，用去離子水進行清洗，干燥，然后進行電化學沉積，以第一步得到的碳布本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑，其特征在于，其為碳布作為基底支撐的二硫化鉬和鉑，二硫化鉬納米片陣列垂直生長在碳布上，納米片之間交錯形成微孔；該催化劑中二硫化鉬質量百分比49.28％?51％，鉑的質量分數在9.3％。

【技術特征摘要】
1.一種痕量鉑修飾硫化鉬高效析氫催化劑的制備方法，所述催化劑為碳布作為基底支撐的二硫化鉬和鉑，二硫化鉬納米片陣列垂直生長在碳布上，納米片之間交錯形成微孔；該催化劑中二硫化鉬質量百分比49.28％-51％，鉑的質量分數在9.3％；鉑與MoS2之間相互作用對Pt和S原子電子態分布同時產生影響，使之前對析氫呈現惰性的MoS2底部活化，增大活性位點數目，其特征在于，該制備方法包括以下步驟：(1)將碳布用乙醇浸沒，超聲清洗后用去離子水清洗，干燥處理；將摩爾比為1:3.5～1:4的二水合鉬酸鈉與硫脲置于裝有去離子水容器中，攪拌至溶液澄清；將所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：申燕，羅艷平，黃德康，王鳴魁，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42