[發明專利]一種碳化鉬催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201910530747.0
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110354878B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 張超;張夢銳;王冠;范世杰
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/031;C25B11/075;C25B11/091
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本發明提供了一種碳化鉬催化劑及其制備方法，采用空間限域熱解成功制備了具有高比表面積的MoC納米顆粒，還在體系中引入過渡金屬Ni，顯著提高了MoC催化劑的析氫催化活性。其在酸性介質(0.5M H₂SO₄溶液)和堿性介質(1M KOH溶液)中，10mA/cm²電流密度下的過電位分別為138mV和136mV，對催化劑在酸性介質中恒電位電解12h，電流密度從80mA/cm²下降到60mA/cm²，下降了約25％左右，表現出較好的催化穩定性。

技術領域

本發明屬于催化劑領域，具體地涉及一種電催化析氫的碳化鉬催化劑及其制備方法。

背景技術

氫氣是一種清潔、高效、可持續利用的新能源來代替不可再生的化石能源。電催化析氫反應(Hydrogen Evolution Reaction，簡稱HER)，由于產氫效率高、清潔等特點，成為最有前景的制氫技術之一。

碳化鉬(MoC)作為潛在的電催化析氫的催化劑被廣泛的研究。但是目前碳化鉬電催化析氫催化劑比表面積較低；合成過程中過多的碳材料覆蓋在碳化鉬表面的鉬原子活性位點上，使表面暴露的活性位點數目下降。且只有在酸性介質中表現出較好的催化性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種在酸性和堿性環境中均表現出良好電催化析氫催化活性的碳化鉬(MoC)催化劑。

本發明的技術解決方案是：

一種碳化鉬催化劑，其特征是：所述碳化鉬為負載在多孔碳材料上的碳化鉬(MoC)納米顆粒，記為 MoC@NC，其在酸性和堿性中均表現出較好的電催化析氫性質。首先將(n-Bu₄N)₃[α-PMo₁₂O₄₀](記為 PMo₁₂)通過原位合成法封裝到沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8的孔道中，形成新的復合材料前驅體 PMo12@ZIF/C/DCA，然后利用空間限域高溫熱解，得到負載在碳材料上的碳化鉬納米顆粒(MoC)。

在MoC引入過渡金屬，以提高催化活性。所述過渡金屬為Ni，利用空間限域熱解法制備獲得負載在碳材料上的MoCNi顆粒，記為MoCNi@NC，以提高催化活性。

負載在多孔碳材料上的碳化鉬(MoC)顆粒，記為MoC@NC，其在酸性和堿性中均表現出較好的電催化析氫性質，由以下步驟制備：

步驟1，(n-Bu₄N)₃[α-PMo₁₂O₄₀](簡稱PMo₁₂)的合成。

向Na₂MoO₄·2H₂O和NaH₂PO₄·2H₂O的水溶液中，加入濃鹽酸，再加入四丁基溴化銨，得到黃色沉淀，然后抽濾，用蒸餾水和乙醇洗滌，然后在乙腈溶液中重結晶得到PMo₁₂。

步驟2，PMo₁₂@ZIF/C/DCA的合成。

取一定量Zn(NO₃)₂·6H₂O和步驟1制備的PMo₁₂溶解在DMF和CH₃OH的混合溶液中，其后另取適量的2-甲基咪唑、雙氰胺(DCA)和導電碳黑(C)加入DMF和CH₃OH的混合溶液中。然后將上述溶液充分混合，在室溫下攪拌24h，得到黑色沉淀物。用DMF和蒸餾水清洗，確保附著在復合材料表面的多酸被清洗干凈，然后離心，置于80℃的真空干燥箱中干燥。

步驟3，MoC@NC催化劑的合成。