[發明專利]少層二硫化鉬/氮摻雜多孔碳復合催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202010074680.7
• 申請日: 2020-01-22
• 公開（公告）號: CN111111700B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 唐頤;鄭路遙;劉鵬;高伯旭;盧海洋;范學良
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B01J27/049
• 分類號: B01J27/049;B01J35/10;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 吳金姿

本發明公開了一種用于電解水制氫的少層二硫化鉬/氮摻雜多孔碳納米的復合催化劑，催化劑的組分由少層二硫化鉬和氮摻雜多孔碳組成，催化劑具有少層二硫化鉬與多孔氮摻雜碳基質復合的分級結構，少層二硫化鉬錨定在氮摻雜多孔碳上，少層二硫化鉬具有3～10層。本發明的催化劑在酸性條件下表現出優異的電解水析氫催化活性和穩定性，有望代替現階段使用的鉑基等貴金屬電解水析氫催化劑。

技術領域

本發明涉及催化劑材料領域，尤其涉及一種用于電解水制氫的少層二硫化鉬/氮摻雜多孔碳復合催化劑及其制備方法。

背景技術

能源和環境是人類社會可持續發展涉及的最主要問題。目前全球80％的能量需求來源于化石燃料，這最終必將導致化石燃料的枯竭，而其使用也將導致嚴重的環境污染。從化石燃料逐步轉向利用可持續發展無污染的非化石能源是發展的必然趨勢。氫是理想的清潔能源之一也是重要的化工原料，受到世界各國廣泛的重視。電解水制氫是實現工業化、廉價制備氫氣的重要手段。鉑基貴金屬是電解水制氫反應中最佳的電催化劑，但是其地殼豐度低、價格昂貴的特點極大程度上限制了鉑等貴金屬電催化析氫催化劑的工業化應用。因此人們致力于尋找可替代鉑等的非貴金屬催化劑，以用于電催化析氫反應。

納米金屬硫化物是一種新型二維材料，受到了廣泛關注。金屬硫化物納米結構的新興研究主要源于其優異的物理化學性質，如可調控電子和光學特性，在晶體管、拓撲絕緣體、電池和催化劑等領域具有廣泛應用。值得注意的是，特別是作為可再生能源技術的電催化析氫反應(HER)催化劑，金屬硫化鉬結構得到了更多關注。二硫化鉬是一種典型的過渡金屬硫化物，具有與石墨烯類似的層狀結構。二硫化鉬獨特的結構和物理化學性質使其在催化、潤滑、電子探針、電極材料等領域中有著較廣泛的應用。二硫化鉬作為加氫、脫硫催化劑，不僅具有較高的催化活性，而且具有較高的抗硫、抗中毒性能。然而，目前二硫化鉬基催化劑仍存在一定的問題：(1)基面無活性，只有邊緣具有電催化活性，需要增大活性表面積；(2)本征催化活性位點較少，需要引入更多的缺陷或其他活性位點；(3)本征導電性較差，需要導電載體支持。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種具有優異的電解水析氫催化活性和穩定性的少層二硫化鉬/氮摻雜多孔碳復合催化劑。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何提高供具有優異的電解水析氫催化活性和穩定性的少層二硫化鉬/氮摻雜多孔碳復合催化劑。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于電解水制氫的少層二硫化鉬/氮摻雜多孔碳納米的復合催化劑，催化劑的組分由少層二硫化鉬和氮摻雜多孔碳組成，催化劑具有少層二硫化鉬與多孔氮摻雜碳基質復合的分級結構，少層二硫化鉬錨定在氮摻雜多孔碳上。少層二硫化鉬具有3～10層。

本發明還提供一種用于制備如權利要求1的復合催化劑的制備方法，包括步驟：

(1)取1～10g的三聚氰胺，溶解在300ml水中，取1～10g的三聚硫氰酸，分散在100ml水中，將三聚氰胺溶液加入三聚硫氰酸懸濁液中，攪拌12h，

(2)取2g鉬酸銨，溶解在100ml水中，將鉬酸銨溶液加入三聚氰胺-三聚硫氰酸懸濁液中，攪拌12h，抽濾，洗滌三次，在烘箱中烘干，得到淡黃色固體粉末，即三聚氰胺-三聚硫氰酸-氧化鉬有機無機自組裝的雜化前驅體，

(3)將雜化前驅體于氬氣氣氛下，升溫速率為0.5～20℃/min，在500～1000℃溫度范圍內碳化焙燒0.5～12h，即制得少層二硫化鉬/氮摻雜多孔碳納米復合催化劑。

進一步的，步驟(1)中的三聚氰胺和三聚硫氰酸的投料摩爾比為0.5～1.5。

進一步的，步驟(2)中的烘干溫度為40-80℃。

進一步的，步驟(2)中的烘干時間為4-24h。

進一步的，步驟(3)中的雜化前驅體的焙燒溫度為600-900℃。