一种硒化钼催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用技术

本发明专利技术提供了一种硒化钼催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用，属于催化材料领域。本发明专利技术使制备的钼溶胶前驱体均匀分布在工业盐表面，使得成核位点固定且分布均匀，协同化学气相沉积法，使得硒化钼生长均匀，结合其本身具有的特殊二维层状结构，获得具有表面呈垂直三维立体生长、连接紧密的二维纳米薄层结构的硒化钼，能够有效提高硒化钼的比表面积，暴露更多的活性位点，从而有利于电子转移，提高了催化活性。本发明专利技术制备催化剂，具有表面呈垂直三维立体生长、连接紧密的二维纳米薄层结构，当电流密度为10mA·cm

【技术实现步骤摘要】
一种硒化钼催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用
本专利技术涉及催化材料领域，尤其涉及一种硒化钼催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用。
技术介绍
地球上有限而又不可再生的化石燃料在逐年消耗并趋于枯竭，剩余储量已不能满足人类长久的需求，不平衡的供应关系逐渐凸显出来。此外，长期使用大量碳基能源材料作为能源过程中，产生的大量有害气体和温室气体二氧化碳，带来了大气污染和全球变暖的不良后果。21世纪科研工作者面临的科学挑战之一为开发可再生、无污染、高能量密度能源用以取代或降低不可再生化石燃料。其中，氢气便是一种理想的绿色燃料，它本身没有碳元素，燃烧后的产物为水，绿色环保，并且，氢气的能量密度较高，可以用作能量载体，热值可达142.35kJ/kg，相当于石油能源的三倍。化石燃料、生物质和水是目前正在探索研究制氢过程的三种常用来源。现有技术中分解水制氢包括电解水、光催化裂解水、光电化学裂解水、催化剂催化分解水等方法。其中，利用催化剂催化裂解水的过程是清洁、无污染、环境友好的产氢技术，激起了极大的研究热情。催化剂是决定析氢效率的核心要素，但是现有技术的存在的电解水析氢用催化剂的催化效率仍然较低，稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硒化钼催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用，本专利技术提供的制备方法制备的硒化钼催化剂催化活性高，稳定性好。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种硒化钼催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将过氧钼酸胶体与无水乙醇混合，得到钼溶胶前驱体；(2)将工业盐浸渍于所述步骤(1)得到的钼溶胶前驱体中，干燥后得到钼溶胶前驱体/工业盐复合结构；(3)利用化学气相沉积法在所述步骤(2)得到钼溶胶前驱体/工业盐复合结构表面进行硒化反应，得到硒化钼/工业盐复合结构；(4)去除所述步骤(3)得到的硒化钼/工业盐复合结构中的工业盐，得到硒化钼催化剂。优选地，所述步骤(1)中过氧钼酸胶体与无水乙醇的体积比为1:(20～40)。优选地，所述步骤(2)中工业盐的粒径为10～50微米。优选地，所述步骤(2)中浸渍的时间为0.5～4h。优选地，所述步骤(3)中的硒化反应在化学气相沉积炉中进行。优选地，所述硒化反应过程中：硒粉置于所述化学气相沉积炉的低温区，钼溶胶前驱体/工业盐复合结构置于化学气相沉积炉的高温区。优选地，所述低温区的温度为250～300℃，所述高温区的温度为700～750℃。优选地，所述硒化反应使用的载气为氩气，所述硒化反应使用的还原剂为氢气，所述氩气和氢气流量比为(2～5):1。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的硒化钼催化剂，包括具有分等级、连接紧密的二维纳米薄层结构的硒化钼。本专利技术还提供了上述技术方案所述催化剂在电解水析氢中的应用。本专利技术提供了一种硒化钼催化剂的制备方法，首先制备钼溶胶前驱体，经浸渍使钼溶胶前驱体均匀分布在工业盐模板表面，使得成核位点固定且分布均匀，同时协同利用化学气相沉积法，使得硒化钼生长均匀，可实现大量制备硒化钼，同时结合硒化钼本身具有的特殊二维层状结构，使硒化钼易于生成片层结构，除去工业盐后，最终获得具有表面呈垂直三维立体生长、连接紧密的二维纳米薄层结构的硒化钼，并且，该二维纳米结构能够有效提高硒化钼的比表面积，暴露更多的活性位点，从而有利于电子转移，提高了硒化钼的催化活性，并使其具有过电位低、稳定性好、电流密度大的优点。实施例的结果显示，本专利技术提供的制备方法制备的硒化钼催化剂，具有分等级、连接紧密的二维纳米薄层结构，薄层由很多纳米片组成，产率可达30.2％，其电催化析氢极化曲线中，当电流密度为10mA·cm2时，过电位低至184mV，2000圈循环伏安扫描后，极化曲线稍有变化，催化剂的稳定性好。本专利技术提供的硒化钼催化剂的制备方法操作简单，反应条件温和，适宜规模化生产。附图说明图1为本专利技术使用的工业盐的SEM图；图2为本专利技术实施例1将工业盐浸渍于钼溶胶前驱体中的SEM图；图3为本专利技术实施例2将工业盐浸渍于钼溶胶前驱体中的SEM图；图4为本专利技术实施例1制备的硒化钼/工业盐复合结构的SEM图；图5为本专利技术实施例2制备的硒化钼/工业盐复合结构的SEM图；图6为本专利技术实施例1制备硒化钼催化剂的SEM图；图7为本专利技术实施例2制备硒化钼催化剂的SEM图；图8为本专利技术制备硒化钼催化剂的拉曼光谱图；图9为本专利技术实施例1和2制备硒化钼催化剂的析氢极化曲线图。具体实施方式本专利技术提供了一种硒化钼催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将过氧钼酸胶体与无水乙醇混合，得到钼溶胶前驱体；(2)将工业盐浸渍于所述步骤(1)得到的钼溶胶前驱体中，干燥后得到钼溶胶前驱体/工业盐复合结构；(3)利用化学气相沉积法在所述步骤(2)得到钼溶胶前驱体/工业盐复合结构表面进行硒化反应，得到硒化钼/工业盐复合结构；(4)去除所述步骤(3)得到的硒化钼/工业盐复合结构中的工业盐，得到硒化钼催化剂。在本专利技术中，若无特殊说明，所采用的原料均为本领域常规市售产品。在本专利技术中，若无特殊说明，所进行的操作均为室温条件。本专利技术将过氧钼酸胶体与无水乙醇混合，得到钼溶胶前驱体。在本专利技术中，所述过氧钼酸胶体的制备优选包括以下步骤：将钼粉和过氧化氢溶液混合，进行氧化反应得到橘黄色溶液，然后依次进行固液分离和减压蒸馏，得到过氧钼酸胶体。本专利技术优选将钼粉和过氧化氢混合，氧化反应得到橘黄色溶液。在本专利技术中，所述钼粉的粒径优选为5～20μm，更优选为8～12μm，进一步优选为10μm。在本专利技术中，所述过氧化氢溶液的质量分数优选为30％。在本专利技术中，所述钼粉的质量和过氧化氢的体积比优选为1g：(4～9)mL。在本专利技术中，所述氧化反应优选在冰浴条件下进行；所述氧化反应的时间优选为5～30min，更优选为10～20min。在本专利技术中，所述氧化反应过程中，钼粉被过氧化氢氧化转化成过氧钼酸。得到橘黄色溶液后，本专利技术优选将所述橘黄色溶液依次进行固液分离和减压蒸馏，得到过氧钼酸胶体。在本专利技术中，所述固液分离的方式优选为离心分离除去固体沉淀，得到液体。在本专利技术中，所述减压蒸馏的温度优选为30～60℃，更优选为45～50℃。在本专利技术中，所述减压蒸馏的产物优选呈橙黄色粘稠状态。得到过氧钼酸胶体后，本专利技术将所述过氧钼酸胶体与无水乙醇混合，得到钼溶胶前驱体。本专利技术对所述过氧钼酸胶体与无水乙醇的混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的制备混合溶液的技术方案即可。在本专利技术中，所述过氧钼酸胶体与无水乙醇的体积比优选为1：(20～40)，更优选为1:(25～35)。本专利技术控制过氧钼酸胶体与无水乙醇的体积比在上述范围内，有利于后续钼溶胶前驱体均匀覆盖在工业盐模板的表面，从而得到的具有分等级、连接紧密的二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硒化钼催化剂的制备方法，包括以下步骤：/n(1)将过氧钼酸胶体与无水乙醇混合，得到钼溶胶前驱体；/n(2)将工业盐浸渍于所述步骤(1)得到的钼溶胶前驱体中，干燥后得到钼溶胶前驱体/工业盐复合结构；/n(3)利用化学气相沉积法在所述步骤(2)得到钼溶胶前驱体/工业盐表面进行硒化反应，得到硒化钼/工业盐复合结构；/n(4)去除所述步骤(3)得到的硒化钼/工业盐复合结构中的工业盐，得到硒化钼催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种硒化钼催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将过氧钼酸胶体与无水乙醇混合，得到钼溶胶前驱体；
(2)将工业盐浸渍于所述步骤(1)得到的钼溶胶前驱体中，干燥后得到钼溶胶前驱体/工业盐复合结构；
(3)利用化学气相沉积法在所述步骤(2)得到钼溶胶前驱体/工业盐表面进行硒化反应，得到硒化钼/工业盐复合结构；
(4)去除所述步骤(3)得到的硒化钼/工业盐复合结构中的工业盐，得到硒化钼催化剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中过氧钼酸胶体与无水乙醇的体积比为1:(20～40)。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中工业盐的粒径为10～50微米。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中浸渍的时间为0.5～4h。


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【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓爽，鞠美娜，陈国力，王金平，杨瑞，张影，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23