一种电解水催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种电解水催化剂及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将镍源、尿素和硫代乙酰胺与溶剂混合，加入泡沫镍经一次水热反应后，得到在泡沫镍上原位生长的二硫化镍前驱体；(2)将在泡沫镍上原位生长的二硫化镍前驱体与含有钼源和镍源的溶液混合，二次水热反应后得到所述电解水催化剂。本发明专利技术以商业的泡沫镍为原料，其常见且价格便宜，工艺简单，容易实现规模化生产。制备的功能化的泡沫镍表面有金属硫化物和钼掺杂；片状结构厚度均匀，催化剂的氧还原性能优异。催化剂的氧还原性能优异。催化剂的氧还原性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种电解水催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种电解水催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会发展和化石能源的消耗，寻找新的可替代化石能源的稳定的二次能源是目前的当务之急。氢气由于其来源广泛、产物无污染，受到越来越多的关注。电化学分解水是清洁、可控、稳定的技术，且其产物纯度较高，被认为是工业生产上大范围制氢的有效手段。电化学分解水分为两个半反应：阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)。目前公认的对于这两个半反应有着优秀的催化性能的催化剂为铱基材料和铂基材料，但贵金属储量小、成本高，不适合用于工业生产。因此，寻找储量大、成本低的非贵金属催化剂成为了重中之重。在最近的研究中，镍的硫化物有着良好的HER和OER催化活性，有望成为良好的电化学分解水催化剂。
[0003]CN106582712A公开了一种电解水制氢的催化剂，所述催化剂是碳担载纳米铜铂合金。其所述催化剂具有更多的活性位点，提高电化学催化效率；同时铜的加入减少了铂的载量，进一步降低了成本；由于金属间的协同作用，铂铜合金可以有效的降低电化学反应的过电位，降低了电解池电压，减少了能耗成本，但是其使用的铂基材料为贵金属，造价昂贵，不能工业化量产。
[0004]CN112501631A公开了一种贵金属铑析氢电催化剂及应用。本专利技术通过两步电沉积这种温和合成方法制备了氧化铑
‑
镍基磷酸盐
‑
碳载体，具有较低的Rh含量。电化学实验结果表明氧化铑
‑/>镍基磷酸盐
‑
碳载体展现出优异的HER的电化学性能，能与商业Pt/C催化剂的性能媲美。其使用的铑同样为贵金属，造价昂贵。
[0005]上述方案均采用贵金属制成电解水催化剂，造价昂贵，难以实现量产，因此，开发一种造价低廉，不使用贵金属的电解水催化剂是十分必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种电解水催化剂及其制备方法和应用，本专利技术以商业的泡沫镍为原料，其常见且价格便宜，工艺简单，容易实现规模化生产。制备的功能化的泡沫镍表面有金属硫化物和钼掺杂；片状结构厚度均匀，催化剂的氧还原性能优异。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种电解水催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)将镍源、尿素和硫代乙酰胺与溶剂混合，加入泡沫镍经一次水热反应后，得到在泡沫镍上原位生长的二硫化镍前驱体；
[0010](2)将在泡沫镍上原位生长的二硫化镍前驱体与含有钼源和镍源的溶液混合，二次水热反应后得到所述电解水催化剂。
[0011]本专利技术采用在导电基体上进行原为生长金属硫化物的工艺方法，改善了金属硫化
物导电性能差的问题，同时增强了商业用泡沫镍的催化活性和耐久性。本专利技术使用的泡沫镍易获取、成本低，反应过程简单无污染，这些特性使得该催化剂在工业上进行大量生产成为了可能。
[0012]本专利技术使用的水热工艺，形成的二硫化镍片厚度均匀，掺杂其中的钼离子颗粒大小适中，适合进行大批量的工业生产。
[0013]优选地，步骤(1)所述镍源、尿素、硫代乙酰胺和溶剂的质量比为 (0.0005～0.001):(0.0005～0.0015):(0.001～0.003):1，例如：0.0005:0.001:0.002:1、0.0006:0.0012:0.002:1、0.0007:0.0012:0.002:1、0.0008:0.0013:0.002:1或 0.001:0.0015:0.003:1。
[0014]优选地，步骤(1)所述镍源包括六水合硝酸镍。
[0015]优选地，步骤(1)所述溶剂包括去离子水。
[0016]优选地，步骤(1)所述一次加热前进行超声和静置。
[0017]优选地，所述超声的时间为5～10min，例如：5min、6min、7min、8min、 9min或10min等。
[0018]优选地，所述静置的时间为25～35min，例如：25min、28min、30min、32 min或35min等。
[0019]优选地，步骤(1)所述一次加热的温度为110～130℃，例如：110℃、115℃、 120℃、125℃或130℃等。
[0020]优选地，步骤(1)所述一次加热的时间为10～14h，例如：10h、11h、12 h、13h或14h等。
[0021]优选地，步骤(1)所述一次加热后进行过滤、洗涤及干燥。
[0022]优选地，所述洗涤的洗涤剂包括去离子水和/或乙醇。
[0023]优选地，步骤(2)所述钼源包括钼酸钠。
[0024]优选地，步骤(2)所述溶液中钼源的质量浓度为0.1～0.2％，例如：0.1％、 0.12％、0.15％、0.18％或2％等。
[0025]优选地，步骤(2)所述镍源包括六水合硝酸镍。
[0026]优选地，步骤(2)所述镍源的质量浓度为0.1～0.15％，例如：0.1％、0.11％、 0.12％、0.13％、0.14％或0.15％等。
[0027]优选地，步骤(2)所述二次加热的温度为170～190℃，例如：170℃、175℃、 180℃、185℃或190℃等。
[0028]优选地，步骤(1)所述一次加热的时间为6～10h，例如：6h、7h、8h、9 h或10h等。
[0029]第二方面，本专利技术提供了一种电解水催化剂，所述电解水催化剂通过如第一方面所述制备方法制得。
[0030]本专利技术利用Mo
6+
和硫代乙酰胺在泡沫镍表面进行修饰，硫代乙酰胺中的硫元素可将泡沫镍表面的镍元素硫化形成二硫化镍，Mo
6+
的掺杂与镍、硫离子增多了活性位点的数量，提高催化剂的电化学性能，同时，原材料成本的降低和处理程序的简化使得应用成本得到了控制。催化剂催化活性的提高及成本的降低，有利于实现电解水制氢的大规模商业化应用。
[0031]优选地，所述电解水催化剂为在泡沫镍基底上原位生长的含钼离子的片状二硫化
镍材料。
[0032]第三方面，本专利技术提供了一种如第二方面所述电解水催化剂的应用，所述电解水催化剂用于直接催化电解水制氢。
[0033]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0034](1)本专利技术制备方法以商业的泡沫镍为原料，其常见且价格便宜，工艺简单，容易实现规模化生产。制备的功能化的泡沫镍表面有金属硫化物和钼掺杂；片状结构厚度均匀，催化剂的氧还原性能优异。
[0035](2)本专利技术在导电基体上进行原为生长金属硫化物的工艺方法，改善了金属硫化物导电性能差的问题，同时增强了商业用泡沫镍的催化活性和耐久性，得到的催化剂可直接作为电解水的催化剂，能展现出良好的催化性能，提高了载体的利用价值。
附图说明
[0036]图1为实施例1制备的电解水催化剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将镍源、尿素和硫代乙酰胺与溶剂混合，加入泡沫镍经一次水热反应后，得到在泡沫镍上原位生长的二硫化镍前驱体；(2)将在泡沫镍上原位生长的二硫化镍前驱体与含有钼源和镍源的溶液混合，二次水热反应后得到所述电解水催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述镍源、尿素、硫代乙酰胺和溶剂的质量比为(0.005～0.01):(0.01～0.015):(0.02～0.03):1；优选地，步骤(1)所述镍源包括六水合硝酸镍；优选地，步骤(1)所述溶剂包括去离子水。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次加热前进行超声和静置；优选地，所述超声的时间为5～10min；优选地，所述静置的时间为25～35min。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述一次加热的温度为110～130℃；优选地，步骤(1)所述一次加热的时间为10～14h。5.如权利要求1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李潇龙，刘冬安，吴权轩，漆海龙，张家海，
申请(专利权)人：中汽创智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：