本发明专利技术提供一种自支撑过渡金属硫化物催化剂及其制备方法和应用，属于碱性全电解池水分解领域。该催化剂是将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂载体、碱性溶液，得到混合溶液；然后将过渡金属导电基底加入到混合溶液中反应，得到自支撑过渡金属硫化物催化剂。或者是将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂载体、碱性溶液，得到混合溶液；然后以过渡金属导电基底为工作电极，在得到的过渡金属硫化物电解液中进行电沉积，得到自支撑过渡金属硫化物催化剂。本发明专利技术还提供上述两种制备方法得到的自支撑过渡金属硫化物催化剂。所制备得到的硫化物催化剂应用在电池中，具有优异的电催化析氢析氧性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及碱性全电解池水分解领域，具体设及一种自支撑过渡金属硫化物催化 剂及其制备方法和应用。
技术介绍
进入21世纪，能源危机和环境污染成为全球面临的两个非常严峻的问题。因此， 为了实现人类的可持续发展，开发清洁的可再生能源已迫在眉睫。氨是一种具有高燃烧值、 高效率和清洁的能源。但是，目前氨能的生产还主要是依靠煤、天然气的重整来获得，运必 然会加剧非可再生能源的消耗并且带来环境污染问题。电解水制氨是实现工业化、廉价制 备氨气的重要手段。利用太阳能进行光解水或光助电解水，将是一种"阳光经济"的理想方 案。要实现电能电解或光助电解水，制备具备析氨能力的高性能催化剂显得至关重要。但 是由于析氨过电位（商业化电解器的主要电池电压为1. 8-2. 0伏，高于理论最小值1. 23 伏）的存在，使得电解过程中槽压大、能耗高。阴极析氨和阳极析氧反应均需要高效电催 化剂来克服高水解电压进而使电解过程更加高效。目前，基于银和钉的化合物展示了最高 的析氧活性，而销族金属则是最有效的析氨催化剂，但稀有性和高成本限制了其广泛应用。 研究开发地壳丰富的高性能析氨、析氧催化剂材料具有十分重要意义，在过去几年内在基 于非贵金属析氧（钻-憐酸盐（Science2008, 321，1072)，氧化物（Science 2013, 340, 60 ; Angew. Qiem. Int.Ed.2015, 54, 3897 ;J. Am. Qiem. Soc. 2014, 136, 16481)，氨氧化物（Angew. Chem. Int.Ed.2〇14, 53,7584;J. Am. Chem. Soc. 2〇14, I36,2843)等）和析氨（硫族化合 物（Angew. Qiem. Int.Ed.2013, 52, 8546 ;Acc. Qiem. Res. 2014, 47, 2671)，碳化物巧ne;rgy Elnviron. Sci. 2014, 7, 387)，憐化物化Am. Qiem. Soc. 2014, 136, 7587 ;Angew. Qiem. Int. Ed.2014, 53, 6710)等）高效催化剂方面取得了很大的进展。 崔课题组首次采用砸化方法在碳纸上合成了砸化钢及砸化鹤并将其作为廉价、高 效和稳定的析氨催化剂（NanoLett. 2013, 13, 3426)。该课题组再次证明了自支撑砸化钻纳 米颗粒在酸性条件下具备很好的析氨性能（J.Am.化em.Soc. 2014, 136, 4897)。目前为止，运 些催化剂均受到合成步骤繁琐，失活或受抑值局限的制约。水分解需要在强酸或强碱下实 现最小化的过电位巧nergyEnviron.Sci. 2012, 5, 7582)，但仍面临着酸性稳定的高效催化 剂在碱性条件下可能没有活性或不稳定的挑战。因此开发设计在同一电解液中兼备高析氨 析氧双功能特性的非贵金属催化剂电极备受关注。0扣zd等最近报道了在商业化儀网上 制备儀铁层状双氨氧化物，并将其作为析氨析氧双功能催化剂用于碱性水电解，其电流密 度在1. 7伏电压下可达10毫安/厘米2,而相应的氨氧化儀催化剂则需要1. 82伏才能达到 相同电流密度（Science2014, 345, 1593)。但其催化性能仍有待进一步提升，开发高性能析 氨析氧催化剂具有巨大的挑战。
技术实现思路
本专利技术为解决现有催化剂催化活性低或受抑值局限的技术问题，而提供一种自 支撑过渡金属硫化物催化剂及其制备方法和应用。 阳〇化]本专利技术还提供一种自支撑过渡金属硫化物催化剂的制备方法，该方法包括： 步骤一：将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂载 体、碱性溶液，得到混合溶液； 步骤二：将过渡金属导电基底加入到步骤一得到的混合溶液中反应，得到自支撑 过渡金属硫化物催化剂。 优选的是，所述硫源为硫脈、硫代乙酷胺、半脫氨酸或硫化钢。 优选的是，所述的过渡金属元素的金属盐为铁、钻、儀、铜、钢或鹤的硝酸盐、氯化 物、醋酸盐、硫酸、草酸、巧樣酸、酒石酸、碳酸盐中的一种或多种。 优选的是，所述的催化剂载体为活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨締、Ti化纳米 线结构、ZnO纳米线结构。 优选的是，所述的过渡金属导电基底为儀网、儀锥、铜网、铜锥、不诱钢网、不诱钢 锥、儀铁网、钻锥、铁网、铁片、钢锥或鹤锥。 优选的是，所述的步骤二的反应溫度为80~300°C，反应时间为0. 5~24小时。 本专利技术还提供一种自支撑过渡金属硫化物催化剂的制备方法，该方法包括： 步骤一：将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂载 体、碱性溶液，得到混合溶液； 步骤二：W过渡金属导电基底为工作电极，在步骤一得到的过渡金属硫化物电解 液中进行电沉积，得到自支撑过渡金属硫化物催化剂。 优选的是，所述的沉积时间为0. 1~4小时。 本专利技术还提供上述两种制备方法得到的自支撑过渡金属硫化物催化剂。 本专利技术还提供上述自支撑过渡金属硫化物催化剂在电池方面的应用。 本专利技术的有益效果 本专利技术提供一种自支撑过渡金属硫化物催化剂及其制备方法，该催化剂是将过渡 金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂载体、碱性溶液，得到混合溶 液；然后将过渡金属导电基底加入到步骤一得到的混合溶液中反应，得到自支撑过渡金属 硫化物催化剂。或者是将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂 载体、碱性溶液，得到混合溶液；然后W过渡金属导电基底为工作电极，在步骤一得到的过 渡金属硫化物电解液中进行电沉积，得到自支撑过渡金属硫化物催化剂。上述两种制备方 法简单、生产成本低廉、不受抑影响，所制备得到的硫化物催化剂应用在电池中，具有优异 的电催化析氨析氧性能。【附图说明】 图1为实施例1制备得到的锋钻硫纳米线阵列的扫面电镜照片图； 图2为实施例1制备得到的锋钻硫纳米线阵列在碱性条件下的极化曲线图；图3 为实施例4制备得到的二硫化=儀纳米管扫描电镜照片图。【具体实施方式】 本专利技术还提供一种自支撑过渡金属硫化物催化剂的制备方法，该方法包括：步骤一：将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂载 体、碱性溶液，得到混合溶液；步骤二：将过渡金属导电基底加入到步骤一得到的混合溶液中反应，得到自支撑 过渡金属硫化物催化剂。 按照本专利技术，将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂，或加入 催化剂载体，或加入碱性溶液，优选在磁力揽拌的条件下溶解于蒸馈水中，得到混合溶液； 所述硫源优选为硫脈、硫代乙酷胺、半脫氨酸或硫化钢。所述的过渡金属元素的金 属盐优选为铁、钻、儀、铜、钢或鹤的硝酸盐、氯化物、醋酸盐、硫酸、草酸、巧樣酸、酒石酸、碳 酸盐中的一种或多种，更优选为硝酸锋、硝酸钻、硝酸儀、氯化铜或氯化钻。所述的表面活 性剂优选为阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或非离子表面活性剂；所述的阴离子 表面活性剂优选为硬脂酸、十二烷基苯横酸钢或十六烷基=甲基漠化锭，两性离子表面活 性剂优选为卵憐脂、氨基酸型或甜菜碱型，非离子表面活性剂优选为脂肪酸甘油醋、脂肪酸 山梨坦或吐溫；所述的催化剂载体优选为活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨締、Ti化纳米 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自支撑过渡金属硫化物催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：步骤一：将过渡金属元素的金属盐和硫源混合，或再加入表面活性剂、催化剂载体、碱性溶液，得到混合溶液；步骤二：将过渡金属导电基底加入到步骤一得到的混合溶液中反应，得到自支撑过渡金属硫化物催化剂。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙旭平，邢志财，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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