[發明專利]二硫化鉬在電解分離氫同位素中的應用

有效

• 申請號: 202210473879.6
• 申請日: 2022-04-29
• 公開（公告）號: CN114768530B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 趙慶凱;王緒;唐燦;陳長安;龐敏;王怡;李順;劉春雨
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: B01D59/40
• 分類號: B01D59/40
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發明屬于電化學催化技術領域，具體涉及一種二硫化鉬在電解分離氫同位素中的應用，所述二硫化鉬的結構為納米花狀，所述二硫化鉬的比表面積為20.8～97.7m²/g。本發明以納米花狀的二硫化鉬用于電解氫同位素分離，納米花狀的二硫化鉬具有較大的比表面積，且暴露了大量的邊緣活性點位，在用于電解分離氫同位素時，具有較低的析氫過電位；同時，因為二硫化鉬活性點位與氫同位素H、D、T的結合能差異較大，因此，當二硫化鉬用于電解氫同位素分離，具有較強的選擇性(氫氘分離因子)。實施例的數據表明，二硫化鉬用于電解氫同位素分離的氫氘分離因子為8.55～10.22。

技術領域

本發明屬于電化學催化技術領域，具體涉及二硫化鉬在電解分離氫同位素中的應用。

背景技術

氫同位素在現代能源體系和核工業等領域中擁有廣泛應用。例如，氘在醫療、地質化學研究、照明、同位素示蹤、中子散射、質子核磁共振波譜和核反應堆等方面有著大量的應用。然而，氘的自然豐度低至0.015％，氚僅為10^-18％。為滿足全球對重氫同位素日益增長的需求，迫切需要開發出從氫同位素中提取重氫同位素的高效分離技術。

為實現快速、低能耗及高效氫同位素分離，國內外發展了諸如熱擴散法、低溫精餾法、離心法、色譜法、聯合電解催化交換法、化學交換法、熱循環吸附法、激光法等氫同位素分離方法。然而，由于氫同位素的物理化學性質極為相似，重同位素豐度低，要達到所需的分離程度，這些技術通常設備復雜、投資成本高、能源消耗大、操作條件惡劣。

電解法分離氫同位素是一種更有效的分離方法。它利用電催化析氫反應中氫同位素的動力學差異，不僅能產生較高的分離因子，而且能在溫和的條件下實現相轉化。雖然，低碳鋼、鎳、鉑已被用作電解氫同位素分離的催化劑，但其活性或分離因子不理想，鉑雖然過電位較低，但其氫氘分離因子僅為5-6，鎳的氫氘分離因子為6-7，低碳鋼分離因子稍高(約為8)，但其在電流密度達到10mA/cm²所需過電位高達400mV以上。因此，迫切需要開發同時具有高活性(所需過電位低)和高選擇性(氫氘分離因子高)的催化劑。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供二硫化鉬在電解分離氫同位素中的應用，本發明將二硫化鉬用于電解分離氫同位素，具有較低的析氫過電位，同時，具有較高的選擇性。

本發明提供了二硫化鉬在電解分離氫同位素中的應用，所述二硫化鉬的結構為納米花狀，所述二硫化鉬的比表面積為20.8～97.7m²/g。

優選地，所述二硫化鉬的制備方法，包括以下步驟：

將鉬源和硫源混合，進行水熱反應，得到所述二硫化鉬；所述水熱反應的溫度為140～200℃，時間為18～24h。

本發明還提供了一種修飾電極，所述修飾電極包括玻碳電極基體和負載在所述玻碳電極基體表面的二硫化鉬，所述二硫化鉬為權利要求1所述的二硫化鉬。

優選地，所述玻碳電極基體上二硫化鉬的負載量為0.2～0.6mg/cm²。

本發明還提供了上述所述修飾電極的制備方法，包括以下步驟：

將二硫化鉬、Nafion溶液和極性溶劑混合，得到分散液；

將所述分散液涂覆于玻碳電極后干燥，得到所述修飾電極。

優選地，所述Nafion溶液的質量濃度為5％。

優選地，所述二硫化鉬的質量和所述Nafion溶液的體積比為2～4mg：10～100μL。

本發明還提供了一種三電極系統，包括對電極、參比電極和工作電極，其特征在于，所述對電極為石墨電極，所述參比電極為以Ag/AgCl電極，；所述工作電極為上述所述的修飾電極或上述所述制備方法得到的修飾電極。