[發(fā)明專利]一種Cu-Mo-S復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910638961.8
• 申請(qǐng)日: 2019-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110327943B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王銀玲;范明麗;李雪;衛(wèi)丹丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/051
• 分類號(hào): B01J27/051;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 張苗;張海應(yīng)

本發(fā)明公開(kāi)了一種Cu?Mo?S復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法包括以下步驟：(1)在醇和水的混合溶液中，加入二價(jià)銅鹽、鉬酸鹽和硫源混合至溶解；(2)再加入還原劑，轉(zhuǎn)移至高溫反應(yīng)釜中進(jìn)行加熱反應(yīng)；(3)對(duì)加熱反應(yīng)后的體系進(jìn)行離心去除液體，所得產(chǎn)物進(jìn)行干燥。該Cu?Mo?S復(fù)合材料為中空結(jié)構(gòu)，提供了質(zhì)子傳輸通道，加速了質(zhì)子傳輸速率；通過(guò)原位引入鉬源和硫源以增加活性位點(diǎn)和提高材料的導(dǎo)電性，使得一步合成的Cu?Mo?S復(fù)合材料具有良好的電催化析氫活性和穩(wěn)定性，能夠提高電解水裝置中陰極析氫速率，可作為析氫反應(yīng)催化劑；同時(shí)，該制備方法具有合成簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)領(lǐng)域，具體地，涉及一種Cu-Mo-S復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源危機(jī)已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，預(yù)計(jì)石油資源將在50年后枯竭。因此目前的當(dāng)務(wù)之急是發(fā)展一種新型的能源，但由于風(fēng)能、太陽(yáng)能和核能的運(yùn)輸和儲(chǔ)存非常不易，需要尋找一種可再生、環(huán)境友好的的新型能源，其中氫能由于效率高、無(wú)污染和可簡(jiǎn)單制取等特點(diǎn)被認(rèn)為是將來(lái)最理想、最有潛力的能源載體。但是由于各種原因，氫能目前還不能大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，例如在制備氫的過(guò)程中需要消耗大量的能量，而且效率很低，使得制氫的成本非常高。工業(yè)化大規(guī)模、廉價(jià)地生產(chǎn)氫是開(kāi)發(fā)和利用氫能的首要環(huán)節(jié)，目前已發(fā)展的制氫方法有很多，例如：生物制氫、化石燃料制氫、電解水制氫、太陽(yáng)能制氫等。在各種制氫技術(shù)中，利用新能源和可再生能源所產(chǎn)生的富于電能轉(zhuǎn)變?yōu)闅淠艿姆绞奖徽J(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，而且電解水制氫具有產(chǎn)品純度高、工業(yè)化成熟、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，且其原材料海水也是人類取之不絕用之不盡的“氫礦”，因此，電解水制氫技術(shù)被認(rèn)為是未來(lái)通向“氫經(jīng)濟(jì)”的最佳途徑。

最早期電解水電極材料中，主要以貴金屬系Pt、Pd作為電極材料，由于它不易被氧化、析氫和析氧過(guò)電位都比較低，且電解穩(wěn)定性較好而被應(yīng)用，但貴金屬鉑儲(chǔ)量有限，其作為析氫電極成本比較高，不利于工業(yè)化大批量的使用。急需尋找可以替代其的非貴金屬催化劑。量子化學(xué)計(jì)算表明，G_H能夠很好描述催化HER的材料，其不僅適用于純金屬，而且適用于合金，酶和過(guò)渡金屬化合物。析氫電極材料的交換電流密度對(duì)GH的圖具有火山形狀。Pt金屬位于火山的頂點(diǎn)，具有最高的活性和接近零的氫吸附能?；鹕綀D反映了Sabatier原則，Pt左邊金屬與氫原子結(jié)合過(guò)于強(qiáng)烈，阻斷活性位點(diǎn)并且不能產(chǎn)生氫。Pt右側(cè)的金屬與氫結(jié)合得太弱，不能穩(wěn)定中間狀態(tài)和防止反應(yīng)發(fā)生。Cu元素是容易吸附難于脫附的一類析氫材料，要提高它的析氫催化活性，就只有改變其性質(zhì)，使它更容易脫附氫原子，這樣才能具有更好的析氫性能，但是如何增加Cu材料的催化活性，是需要攻克的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Cu-Mo-S復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該Cu-Mo-S復(fù)合材料為中空結(jié)構(gòu)，提供了質(zhì)子傳輸通道，加速了質(zhì)子傳輸速率；通過(guò)原位引入鉬源和硫源以增加活性位點(diǎn)和提高材料的導(dǎo)電性，使得一步合成的Cu-Mo-S復(fù)合材料具有良好的電催化析氫活性和穩(wěn)定性，能夠提高電解水裝置中陰極析氫速率，可作為析氫反應(yīng)催化劑；同時(shí)，該制備方法具有合成簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種Cu-Mo-S復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：(1)在醇和水的混合溶液中，加入二價(jià)銅鹽、鉬酸鹽和硫源混合至溶解；(2)再加入還原劑，轉(zhuǎn)移至高溫反應(yīng)釜中進(jìn)行加熱反應(yīng)；(3)對(duì)加熱反應(yīng)后的體系進(jìn)行離心去除液體，所得產(chǎn)物進(jìn)行干燥。

本發(fā)明還提供一種根據(jù)前文所述的制備方法制備得到Cu-Mo-S復(fù)合材料。

不僅如此，本發(fā)明還提供一種前文所述的Cu-Mo-S復(fù)合材料在析氫催化反應(yīng)中的應(yīng)用。