一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法技术

本发明专利技术属于催化剂领域，提供了一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法，其特点是在300℃下加热MoCl5和S粉，保持20min，反应自然冷却后，取出反应液离心洗涤干燥，利用冲击研磨，在MoS2上形成缺陷。将制得的MoS2粉体、立方体氧化亚铜、胶黏剂混合搅拌均匀，加入到葡萄糖溶液中，并通过超声使其分散均匀，获得分散液，对分散液进行水热反应操作，对完成水热反应的分散液进行离心，去除上清液，获得碳包覆的氧化亚铜和MoS2。将所述碳包覆的氧化亚铜和MoS2加入到稀硝酸溶液中，静置，离心，洗涤，然后烘干，即得镶嵌在碳笼内部的MoS2催化剂。提高析氢反应效率，使燃料电池用氢的最佳选择。

Preparation method of catalyst for electrolysis water to make hydrogen for fuel cell

The invention belongs to the field of catalysts and provides a preparation method of a catalyst for hydrogen production from electrolytic water for fuel cell. The catalyst is characterized in that MoCl5 and S powder are heated at 300 C for 20 minutes and the reaction is naturally cooled. After centrifugal washing and drying, the reaction solution is taken out, and the defects are formed on MOS2 by impact grinding. The prepared MoS2 powder, cubic cuprous oxide and adhesive were mixed and stirred evenly, then added to glucose solution, and dispersed evenly by ultrasonic wave. The dispersed liquid was obtained. The dispersed liquid was operated by hydrothermal reaction. The dispersed liquid completed hydrothermal reaction was centrifuged, the supernatant was removed, and the carbon-coated cuprous oxide was obtained. And MoS2. The carbon-coated cuprous oxide and MoS2 are added to dilute nitric acid solution, and the MoS2 catalyst embedded in the carbon cage is obtained by standing, centrifuging, washing, and drying. Improve the efficiency of hydrogen evolution and make the best choice of hydrogen for fuel cell.

【技术实现步骤摘要】
一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法
本专利技术属于催化剂领域，具体涉及一种一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法。
技术介绍
氢气作为可再生清洁能源是最有潜力替代传统化石燃料的候选能源之一。特别是用于燃料电池。目前制备氢气的方法特别多；工业制氢主要以电解水制氢为主。电解水制氢多采用铁为阴极面，镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气，阴极出氢气。该方法成本较高，但产品纯度大，可直接生产99.7%以上纯度的氢气。这种纯度的氢气常供：①电子、仪器、仪表工业中用的还原剂、保护气和对坡莫合金的热处理等，②粉末冶金工业中制钨、钼、硬质合金等用的还原剂，③制取多晶硅、锗等半导体原材料，④油脂氢化，⑤双氢内冷发电机中的冷却气等。析氢反应（HER,2H++2e–→H2）在电解水中起着非常重要的角色。贵金属铂（Pt）与铂基催化剂是目前商业化最有效的电催化剂，然而，其价格高昂性和资源稀缺性极大限制了它们的产业化应用。因此，发展低成本、非贵金属的高效析氢电催化剂具有重要战略意义。层状过渡金属二硫属化合物（MX2），如MoS2，WS2，MoSe2，WSe2等，具有较高催化活性和较低价格引起了广泛的研究兴趣。研究者们致力于拓展具有高导电性、高活性以及持久稳定性的MX2纳米片作为先进HER催化剂。纳米结构的MoS2得到了广泛研究,迄今为止，很多研究者通过大量的实验和计算证实了层状的MoS2的催化活性位于它的边缘位点，而位于边缘的不饱和S原子在催化析氢反应中起到了重要作用。正是基于这个原因，研究者尝试了各种方法去提高纳米MoS2暴露的活性位点数目。由于无定形的MoS2包含很多的活性不饱和S原子，能够有效催化析氢反应，因此吸引了科学家的关注。然而，无定形的S原子具有很差的结晶性，导致了它在酸中具有相对高的溶解性和差的电化学稳定性，从而限制了它的实际应用。因此，为了同时达到高的析氢活性和长时间稳定性，发展一个既有丰富的活性边缘位点又具有很高的结晶性的MoS2纳米催化剂是一个行之有效的方法。公开号CN107185558A公开了一种光催化制氢催化剂，其特征在于：该催化剂为二硫化钼复合碳掺杂铌酸钾，化学组成通式为xMoS2/C-KNbO3，x为催化剂中二硫化钼与铌酸钾的摩尔比(n二硫化钼:n铌酸钾)，C-KNbO3为碳掺杂铌酸钾，0.001≤x≤0.01，较佳的x为0.002或0.001。该催化剂的制备方法包括以下步骤:(1)碳掺杂铌酸钾的制备：将相同物质的量的五氧化二铌和葡萄糖在研钵中研磨30min，再将研磨后的混合物加入14M的氢氧化钾溶液中搅拌1h，然后将混合液移至聚四氟乙烯反应釜中，在160℃下水热反应12h，之后冷却至室温，将最终产物用酒精与水进行洗涤，60℃下烘干24h后得到碳掺杂铌酸钾(C-KNbO3)；(2)二硫化钼复合碳掺杂铌酸钾的制备：按xMoS2/C-KNbO3摩尔比，将碳掺杂铌酸钾、钼酸钠、硫脲(其中硫脲和钼酸钠的质量比m硫脲：m钼酸钠＝2：1)分散于去离子水中，搅拌30min，再超声处理30min，然后将混合液移至聚四氟乙烯反应釜中，在200℃下水热反应24h，之后冷却至室温。将最终产物使用酒精与水进行洗涤，60℃下烘干24h后得到二硫化钼复合碳掺杂铌酸钾(xMoS2/C-KNbO3)。上述专利虽然提出了利用中二硫化钼作为催化剂电解水制氢，然而并未提高析氢活性和长时间稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法，利用冲击研磨，在MoS2上形成缺陷，提高纳米MoS2暴露的活性位点数目。镶嵌在碳笼内部的MoS2催化剂有良好的导电性，提高析氢反应效率。本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法，包括以下步骤：S01：在300℃下加热MoCl5和S粉形成的混合液，保持20min，反应后自然冷却得到反应液；S02：取出反应液离心洗涤干燥，利用冲击研磨，在MoS2上形成缺陷，制备得到MoS2；S03：将制得的MoS2粉体、立方体氧化亚铜、胶黏剂混合搅拌均匀，加入到葡萄糖溶液中，并通过超声使其分散均匀，获得分散液；S04：对分散液进行水热反应操作，对完成水热反应的分散液进行离心，去除上清液，获得碳包覆的氧化亚铜和MoS2；S05：将所述碳包覆的氧化亚铜和MoS2加入到稀硝酸溶液中，静置、离心、洗涤、然后烘干，即得镶嵌在碳笼内部的MoS2催化剂。析氢反应在电解水中起着非常重要的角色，层状过渡金属二硫属化合物（MX2），如MoS2，WS2，MoSe2，WSe2等，具有较高催化活性和较低价格引起了广泛的研究兴趣。研究者们致力于拓展具有高导电性、高活性以及持久稳定性的MX2纳米片作为先进HER催化剂。纳米结构的MoS2得到了广泛研究,迄今为止，很多研究者通过大量的实验和计算证实了层状的MoS2的催化活性位于它的边缘位点，而位于边缘的不饱和S原子在催化析氢反应中起到了重要作用。因此本专利技术要解决催化剂的氢活性和长时间稳定性可以从提高纳米MoS2暴露的活性位点数目入手。由于无定形的MoS2包含很多的活性不饱和S原子，能够有效催化析氢反应，然而，无定形的S原子具有很差的结晶性，导致了它在酸中具有相对高的溶解性和差的电化学稳定性，从而限制了它的实际应用。因此，为了同时达到高的析氢活性和长时间稳定性，必须提高MoS2纳米催化剂活性边缘位点和结晶性。鉴于此，本专利技术从制备MoS2方法上改善MoS2的物理性质和化学性质，本专利技术使用MoCl5和S粉作为原材料制备MoS2，将用MoCl5和S粉形成的混合液在300℃温度下保持20min进行反应，其反应方程式如下：2MoCl5+10S→5MoS2+5Cl2↑反应后自然冷却得到反应液，反应液中即包含了MoS2；然后取出反应液离心洗涤干燥，利用冲击研磨，在MoS2上形成缺陷，制备得到MoS2的在物理结构上其表面和内部形成若干细微的缝隙或空隙，相当于改善了MoS2的物理结构，使得MoS2的形成疏松多孔的结构即提高纳米MoS2暴露的活性位点数目，使得可以在多孔结构内进行掺杂，因此将制得的MoS2粉体、立方体氧化亚铜、胶黏剂混合搅拌均匀，加入到葡萄糖溶液中，并通过超声使其分散均匀，获得分散液；得到的分散液中，MoS2粉体的缝隙结构内渗入立方体氧化亚铜掺杂并通过胶黏剂使其紧密结合。然后对分散液进行水热反应操作，在水热反应过程中葡萄糖中的碳析出，形成絮状，然后对完成水热反应的分散液进行离心，在离心过程中絮状碳形成碳笼包覆在氧化亚铜和MoS2表面，去除上清液，获得碳包覆的氧化亚铜和MoS2，由于MoS2粉体表面的多孔结构使得MoS2镶嵌在碳笼内部。将所述碳包覆的氧化亚铜和MoS2加入到稀硝酸溶液中，氧化亚铜与稀硝酸反应溶解，从而使得碳笼内仅剩MoS2，静置、离心、洗涤、然后烘干，即得镶嵌在碳笼内部的MoS2催化剂，镶嵌在碳笼内部的MoS2催化剂有良好的导电性，提高析氢反应效率。作为本专利技术的进一步改进，所述加热方式为油浴加热，将装有MoCl5和S粉形成混合液的容器置于温度为300℃的油液中。油浴的优势在可以精确控制温度，同时还能避免反应容器底部结痂，对于提高产物的纯度有明显的效果。作为本专利技术的进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S01：在300℃下加热MoCl5和S粉形成的混合液，保持20min，反应后自然冷却得到反应液；S02：取出反应液离心洗涤干燥，利用冲击研磨，在MoS2上形成缺陷，制备得到MoS2；S03：将制得的MoS2粉体、立方体氧化亚铜、胶黏剂混合搅拌均匀，加入到葡萄糖溶液中，并通过超声使其分散均匀，获得分散液；S04：对分散液进行水热反应操作，对完成水热反应的分散液进行离心，去除上清液，获得碳包覆的氧化亚铜和 MoS2；S05：将所述碳包覆的氧化亚铜和 MoS2加入到稀硝酸溶液中，静置、离心、洗涤、然后烘干，即得镶嵌在碳笼内部的MoS2催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S01：在300℃下加热MoCl5和S粉形成的混合液，保持20min，反应后自然冷却得到反应液；S02：取出反应液离心洗涤干燥，利用冲击研磨，在MoS2上形成缺陷，制备得到MoS2；S03：将制得的MoS2粉体、立方体氧化亚铜、胶黏剂混合搅拌均匀，加入到葡萄糖溶液中，并通过超声使其分散均匀，获得分散液；S04：对分散液进行水热反应操作，对完成水热反应的分散液进行离心，去除上清液，获得碳包覆的氧化亚铜和MoS2；S05：将所述碳包覆的氧化亚铜和MoS2加入到稀硝酸溶液中，静置、离心、洗涤、然后烘干，即得镶嵌在碳笼内部的MoS2催化剂。2.根据权利要求1所述一种电解水制燃料电池专用氢的催化剂的制备方法，其特征在于：所述加热方式为油浴加热，将装有MoCl5和S粉形成混合液的容器置于温度为300℃的油液中。3.根据权利要求1所述一种电解水制燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，赵海林，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51