[發明專利]新型析氫反應催化劑Ni2

在審

• 申請號: 202010098308.X
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN113279012A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 溫鳴;田亞坤;張雨熹
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

一種析氫反應催化劑，其中包含Ni₂SeS和多孔碳球，是合金納米棒Ni₂SeS修飾的多孔碳復合材料，其制備方法包括以下步驟：(1)通過水熱合成法制備NiSe₂/PCS復合材料；(2)通過化學氣相沉積法制備Ni₂SeS/PCS復合材料。將該析氫反應催化劑應用于電催化析氫。本發明采用鎳鹽為鎳源，硒粉為硒源，通過水熱法與氣相沉積相結合的方法，成功地制備了二元金屬硫化物?碳基復合材料。該析氫反應催化劑具有優異的電化學析氫性質。本發明的工藝簡單，制備條件通用，產物形貌穩定、純度高，且產物處理方便簡潔，適合于中等規模工業生產。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，涉及析氫反應催化劑、其制備方法和應用。

背景技術

近年來，可再生能源作為化石燃料的替代品受到越來越多的重視，氫以其高能量密度和生態友好性，被視為實現可持續經濟發展的理想能源載體。其中水的電解是一種高純度、大量制氫的可行方法。然而，由于陰極存在的過電位使得電解水制氫過程中需要輸入大量額外的電能，限制了電解水制氫的實際應用。

作為析氫反應中最常使用的電催化劑鉑(Pt)，顯示出非常高的交換電流密度(J₀)和較低的Tafel斜率。然而，Pt基貴金屬催化劑成本高、儲量有限。因此，開發構筑催化活性高、穩定性好的非貴金屬碳基納米復合結構，制備二元乃至多元合金納米催化體系，以降低析氫反應催化劑成本，開發具有實際應用價值的析氫反應催化劑是當務之急。

大量的研究工作已經證實地球上許多含量豐富的元素將有望取代鉑(Pt)成為高效的析氫催化劑，近年來，過渡金屬硫族化合物MX₂(其中典型的M＝Fe,Co,Ni，X＝S,Se或Te)因其成本低廉、在酸性介質中的電化學穩定性引起人們的廣泛關注。相比于傳統的單金屬硫化物、硒化物，在金屬硫化物中引入硒元素調節金屬的d帶電子結構，使得其電子能態向費米能級偏移，調節H_ads的吸附自由能，從而擁有比硫化物、硒化物更優的電催化析氫性能。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種析氫反應催化劑、其制備方法和應用，利用常見的鎳鹽為鎳源，Se粉為硒源，通過水熱法合成Ni₂SeS合金納米棒修飾的多孔碳球(Porous carbon sphere,PCS)復合材料。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種析氫反應催化劑，其中包含Ni₂SeS和多孔碳球。

進一步，所述的析氫反應催化劑，是Ni₂SeS修飾的多孔碳球復合材料。

所述的析氫反應催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)通過水熱合成法制備NiSe₂/PCS復合材料；

(2)通過化學氣相沉積法制備Ni₂SeS/PCS復合材料。

進一步，所述NiSe₂/PCS復合材料的制備方法包括：

(1)稱取鎳鹽溶解在溶劑中，加入反應釜；

(2)稱取多孔碳球加入反應釜，超聲分散均勻；

(3)反應釜中加入Se粉，然后注入水合肼溶液，攪拌；

(4)反應釜升溫并保溫；

(5)冷卻反應體系至室溫，將反應釜中的產物離心分離，依次用無水乙醇和去離子水交替洗滌3次，真空干燥得到NiSe₂/PCS復合材料。

所述的NiSe₂/PCS復合材料的制備方法，步驟(1)中溶劑為去離子水。