[發(fā)明專利]一種電解水制氫電催化劑及涂層電極的制備方法

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• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114481162A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 李航
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶長安汽車股份有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/075;C25B11/031;C25B11/052
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李曉兵

本發(fā)明涉及一種電解水制氫電催化劑及涂層電極的制備方法，步驟流程如下：向包含固定配比的硫源、氮源、鉬源的混合溶液中加入添加劑，經(jīng)過水熱和超聲形成超薄納米片，通過添加氮源，再高溫煅燒退火并微波加熱改性，制成氮摻雜超薄多孔硫化鉬納米片電催化劑；用粘結(jié)劑將該催化劑涂覆在高比表面積在各種商用高比表面積金屬、碳材料或陶瓷電極上作為析氫反應涂層電極。本發(fā)明所述電解水制氫電催化劑的制備原理簡單、方法明確、操作成本低且安全；在金屬、碳材料或陶瓷電極上涂抹所述電解水制氫電催化劑形成電解水制氫涂層電極，使用該電極可替代貴金屬催化劑，不僅可以有效降低電解水制氫的過電位，還可以降低電解水制氫的成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電解水的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電解水制氫電催化劑及涂層電極的制備方法。

背景技術(shù)

水電解制氫是一種較為方便的制取氫氣的方法。在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學反應，分解成氫氣和氧氣。目前，電解水制氫在實施過程中存在陽極析氧反應過電位高的問題，一般實際電壓遠高于理論電壓1.23v，這是制約電解水制氫產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。

電催化在水電解制氫中至關(guān)重要，通過電催化可有效降低陽極析氧反應的過電位，現(xiàn)有的電催化都局限于極為稀缺的鉑、氧化釕等貴金屬及其氧化物，其制造和使用成本較高，可大量投產(chǎn)的析氧反應催化劑是這個領(lǐng)域的研究焦點，目前，金屬氧化物、氫氧化物、硫化物以及非金屬碳基材料等都已被納入研發(fā)范圍。中國專利CN202010023790.0 一種電解水制氫涂層電極的制備方法，該方案通過向牛奶中加入添加劑，經(jīng)過噴霧干燥和高溫煅燒形成碳微球，再去除硅和金屬雜質(zhì)，制成多孔道微球電催化劑；用粘結(jié)劑將該催化劑涂覆在石墨棒上作為析氧反應涂層電極，并與析氫鉑電極相連，置于堿性水溶液中，構(gòu)成電解水裝置；使用所述涂層電極可替代貴金屬催化劑，有效降低電解水制氫的過電位，提高效率近50%；但該方案所述電催化劑制造復雜、成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電解水制氫電催化劑及涂層電極的制備方法，解決目前析氧反應催化劑制造成本高的問題，取得催化劑具有高活性、耐用性的效果。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電解水制氫電催化劑的制備方法，包括如下步驟：

1）在鉬酸鹽中混入氮源，并滴加氨水至弱堿狀態(tài)，得到鉬酸銨；

2）向NH₃/NH₄Cl緩沖溶液中加入硫源，并持續(xù)攪拌至整體溶解，生成穩(wěn)定的含硫溶液；

3）將步驟1）和步驟2）制備的溶液在90℃下攪拌混合，然后在180℃下進行水熱反應，得到固液混合物；

4）將固液混合物進行水浴超聲處理，烘干后在氬氣環(huán)境下梯度升溫至798～802℃，煅燒得到氮化粉末；

5）將氮化粉末冷卻至室溫，然后將氮化粉末與碳粉混合并在真空狀態(tài)下進行微波熱處理以改變氮化粉末中鉬元素的金屬價態(tài)；

6）將氮化粉末與碳粉的混合物用純水多次水洗、離心，分離得到碳粉和黑色催化劑粉末；

7）干燥12小時得到成分為氮摻雜超薄多孔硫化鉬納米片的樣品粉體。

進一步地，步驟1）中鉬酸鹽為鉬酸鈉或鉬酸鉀，氮源為氯化銨。

進一步地，步驟2）中NH₃/NH₄Cl 緩沖溶液的pH值為8.0，硫源為硫化氫、硫化鈉、硫脲、過硫化鈉、硫代硫酸鈉或硫代乙酰胺。

進一步地，步驟3）中水熱反應的時間為12～36小時。

進一步地，步驟4）中水浴超聲處理的時間為12～24小時，每3小時攪拌一次。

進一步地，步驟4）中，煅燒的時間為3～6小時。