【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于催化劑合成及電催化裂解水應(yīng)用，具體涉及一種s陰離子修飾的reb2催化劑、制備方法及其在寬ph值電催化水裂解制氫中的應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、化石燃料緊缺和環(huán)境污染問題正受到世界各國的廣泛關(guān)注，并成為眾多學(xué)者研究的焦點。為解決這一問題，開發(fā)清潔高效的二次能源被認(rèn)為是可行的方法之一。在眾多清潔能源中，氫能因其高能量密度和零碳排放等特點而被認(rèn)為是最有潛力的清潔能源之一。相較于化石燃料產(chǎn)氫，電解水技術(shù)制氫產(chǎn)物是氫氣和氧氣，沒有二氧化碳和其他有毒有害的物質(zhì)，是一種綠色制氫技術(shù)。然而，水裂解反應(yīng)在熱力學(xué)和動力學(xué)上都不易發(fā)生，電解水制氫技術(shù)能耗和成本比較高。因此需要研發(fā)出高效的水裂解催化劑提高電極的活性，降低電解槽能耗，從而降低電解水成本，促進其商品化應(yīng)用。傳統(tǒng)上，pt基貴金屬(如pt、ru、pd、ir等)因其高效率和優(yōu)異穩(wěn)定性，一直被認(rèn)為是最理想的催化劑。然而，貴金屬的高成本和低地殼儲量極大地限制了它的廣泛應(yīng)用，并成為與傳統(tǒng)能源競爭的主要障礙。因此，尋找可替代的廉價材料成為新的研究焦點，以在性能、成本和穩(wěn)定性之間取得更好的平衡。
2、過渡金屬硼化物具有可調(diào)的組分和結(jié)構(gòu)及其獨特的成鍵特征賦予了其優(yōu)異的物理化學(xué)特性，已引起了研究人員的廣泛關(guān)注。硼(b)是類金屬元素，電負(fù)性介于金屬和非金屬之間。硼原子具有缺電子結(jié)構(gòu)，它的價電子數(shù)少于價層軌道數(shù)。這種缺電子特征使得硼原子在不同的硼化物晶格中展示出豐富的共價連接模式。豐富的組分、結(jié)構(gòu)和成鍵特征賦予了硼化物超導(dǎo)、超硬、熱電等顯著的體相性質(zhì)和面向不同化學(xué)反應(yīng)的表面催化性質(zhì)。如edwa
3、陰離子摻雜調(diào)控策略成為提高過渡金屬硼化物(tmbs)電化學(xué)性能的有效途徑之一。雜原子摻雜可以有效調(diào)節(jié)催化劑的電導(dǎo)率，引起催化劑的費米能級偏移，通過用雜質(zhì)原子取代晶格中的原子，可以將多余的電子或空穴引入到材料中，雜原子與金屬硼化物的電子相互作用改變了固有的電子轉(zhuǎn)移過程，從而改變活性位點的局部電荷分布。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)以提高能源轉(zhuǎn)換利用率、提高氫經(jīng)濟發(fā)展為目的，提出一種s陰離子修飾的reb2催化劑、制備方法及其在寬ph值(寬ph指的是在酸性、中性及堿性條件下都可以催化電催化析氫反應(yīng))電催化水裂解制氫中的應(yīng)用。
2、本專利技術(shù)提出了一種s陰離子修飾的reb2催化劑的熔鹽輔助制備方法，其是在相對溫和的條件下一步合成s陰離子摻雜二硼化物電催化劑(s-reb2)，納米片狀形貌有利于暴露更多的催化活性位點，同時s的摻雜調(diào)節(jié)了催化劑中金屬re的電子結(jié)構(gòu)，使得s-reb2在不同ph值的電解質(zhì)中對電催化析氫反應(yīng)(her)均表現(xiàn)優(yōu)異的催化性能。具體為：在1.0m?pbs、0.5m?h2so4和1.0m?koh三種電解質(zhì)中分別需要144mv、158mv和139mv(1.0m?koh)的過電位，對應(yīng)10ma?cm-2的電流密度，并且在三種介質(zhì)中均具有長期耐久性。該專利技術(shù)豐富了硼化物催化劑在寬ph值電解質(zhì)中對電催化析氫反應(yīng)的應(yīng)用探究，提供了硼化物催化劑析氫性能進一步提升的可能。
3、本專利技術(shù)所述的一種s陰離子修飾的reb2催化劑的制備方法，首先將錸源、硼源和硫源均勻混合，充分研磨得到混合物a；然后將氯化鈉、氯化鉀與混合物a均勻混合，再次充分研磨后得到混合物b；將混合物b移入管式爐中，在ar氣體環(huán)境中高溫煅燒；煅燒后降至室溫，將得到的產(chǎn)物放入去離子水中充分?jǐn)嚢枨逑?，移除上清液后所得沉淀加入乙醇洗滌，離心收集沉淀，烘干后得到s陰離子修飾的reb2催化劑。
4、上述方法中，錸源、硼源與硫源的用量摩爾比為1：1～5：0.4～2；
5、氯化鈉與氯化鉀的用量摩爾比為1：1～2；錸源與氯化鈉的用量摩爾比為1：30～40；
6、上述方法中，高溫煅燒的溫度為650～1000℃，高溫煅燒的時間為0.5h～3h，高溫煅燒時的升溫速率為3～6℃min-1；
7、上述方法中，是將煅燒后降至室溫得到的產(chǎn)物放入70～90℃去離子水中充分?jǐn)嚢枨逑?5～30min；
8、上述方法中，硫源包括但不限于硫粉、硫脲、硫代乙酰胺、硫醇等有機含硫化合物中的一種或幾種的混合物；
9、上述方法中，錸源包括但不限于錸粉、二氧化錸、錸酸銨中的一種或幾種的混合物；
10、上述方法中，硼源包括但不限于無定形硼粉、硼氫化鈉、三氯化硼中的一種或幾種的混合物。
11、本專利技術(shù)所述的一種s陰離子修飾的reb2催化劑，其是由上述方法制備得到。
12、本專利技術(shù)所述的s陰離子修飾的reb2催化劑可以在寬ph值電催化水裂解制氫中得到應(yīng)用。
13、本專利技術(shù)對比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點：
14、1.合成原料廉價，合成溫度低，合成方法新穎，可控性高，樣品性質(zhì)重現(xiàn)性好。
15、2.所得s陰離子修飾的reb2催化劑為超薄納米片結(jié)構(gòu)(長度為600～700nm，厚度約為5nm)，這種超薄納米片極大的提高了所得材料的電化學(xué)比表面積及傳質(zhì)效率。
16、3.所得材料是一種新型的電催化水裂解催化劑，摻雜硫調(diào)節(jié)了催化劑表面電子結(jié)構(gòu)，使s-reb2在1.0m?pbs、0.5m?h2so4和1.0m?koh三種不同ph值的電解質(zhì)中對her均表現(xiàn)出增強的電化學(xué)性能。
17、4.所得的s陰離子修飾的reb2催化劑改善了金屬硼化物在強酸/堿強氧化條件下催化劑極易被腐蝕的問題，提高電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的能源轉(zhuǎn)換效率。
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1.一種S陰離子修飾的ReB2催化劑的制備方法，其特征在于：首先將錸源、硼源和硫源均勻混合，充分研磨得到混合物A；然后將氯化鈉、氯化鉀與混合物A均勻混合，再次充分研磨后得到混合物B；將混合物B在Ar氣體環(huán)境中高溫煅燒；煅燒后降至室溫，將得到的產(chǎn)物放入去離子水中充分?jǐn)嚢枨逑?，移除上清液后所得沉淀加入乙醇洗滌，離心收集沉淀，烘干后得到S陰離子修飾的ReB2催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的一種S陰離子修飾的ReB2催化劑的制備方法，其特征在于：錸源、硼源與硫源的用量摩爾比為1：1～5：0.4～2；氯化鈉與氯化鉀的用量摩爾比為1：1～2；錸源與氯化鈉的用量摩爾比為1：30～40。
3.如權(quán)利要求1所述的一種S陰離子修飾的ReB2催化劑的制備方法，其特征在于：高溫煅燒的溫度為650～1000℃，高溫煅燒的時間為120～195min，高溫煅燒時的升溫速率為3～6℃min-1。
4.如權(quán)利要求1所述的一種S陰離子修飾的ReB2催化劑的制備方法，其特征在于：是將煅燒后降至室溫得到的產(chǎn)物放入70～90℃去離子水中充分?jǐn)嚢枨逑?5～30min。
5.如
6.一種S陰離子修飾的ReB2催化劑，其特征在于：是由權(quán)利要求1～5任意一項所述的制備方法制備得到。
7.權(quán)利要求6所述的一種S陰離子修飾的ReB2催化劑在寬pH值電催化水裂解制氫中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種s陰離子修飾的reb2催化劑的制備方法，其特征在于：首先將錸源、硼源和硫源均勻混合，充分研磨得到混合物a；然后將氯化鈉、氯化鉀與混合物a均勻混合，再次充分研磨后得到混合物b；將混合物b在ar氣體環(huán)境中高溫煅燒；煅燒后降至室溫，將得到的產(chǎn)物放入去離子水中充分?jǐn)嚢枨逑?，移除上清液后所得沉淀加入乙醇洗滌，離心收集沉淀，烘干后得到s陰離子修飾的reb2催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的一種s陰離子修飾的reb2催化劑的制備方法，其特征在于：錸源、硼源與硫源的用量摩爾比為1：1～5：0.4～2；氯化鈉與氯化鉀的用量摩爾比為1：1～2；錸源與氯化鈉的用量摩爾比為1：30～40。
3.如權(quán)利要求1所述的一種s陰離子修飾的reb2催化劑的制備方法，其特征在于：高溫煅燒的溫度為650～1000℃，高溫煅燒...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭非凡，吳園園，楊進，段曉婷，
申請(專利權(quán))人：東北師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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