一种铈修饰的硒化钼催化材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术属于电催化剂技术领域，具体公开一种铈修饰的硒化钼催化材料及其制备与应用，该方法包括将铈源和钼源加入到含有表面活性剂的溶剂中，搅拌，得到铈钼混合溶液；将铈钼混合溶液转入盛有泡沫镍的反应容器中，进行溶剂热反应，取出泡沫镍洗涤

【技术实现步骤摘要】
一种铈修饰的硒化钼催化材料及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及电催化剂
，特别涉及一种铈修饰的硒化钼催化材料及其制备与应用
。

技术介绍

[0002]近年来，化石燃料的大量使用带来了严重的能源危机和环境污染，这促使人们高度重视可再生能源的发展，基于能源转换装置和技术，开发绿色可持续的能源逐渐成为全球社会发展的共同主题
。
氢作为一种零碳含量的能源载体，是现有燃料中重量能密度最高的，被认为是最有前途的化石燃料替代品，是最具前途的清洁可再生能源，而电解水制氢技术装置简单
、
产物纯度高
、
二次污染少，被认为是最理想的制氢技术之一
。
[0003]电催化水分解法是制备氢气的最佳可用技术之一
。
在催化剂的选择中，铂由于其高交换电流密度和低过电势而成为目前最常用的
HER(
电催化剂析氢反应
)
催化剂
。
但是，铂贵金属的稀缺性
、
价格昂贵
、
耐久性差等极大地限制其商业应用
。
因此，需要开发一种低成本
、
高活性以及具有良好稳定性的
HER
催化剂
。
[0004]过渡金属硒化物由于其优越的物理化学性能，受到很大的关注，可以和硒源二氧化硒反应形成硒化物的金属有很多，例如钼
、
钨
、
镍
、
钴
、
铁
、
铈等
。
硒化钼作为典型的过渡金属硫族化合物之一，是过渡金属化合物纳米材料中的典型代表，具有比表面积大，表面活性高的特点，但是其导电性差，易于团聚，对其在电解水制氢领域的应用受到了限制
。
[0005]在
HER
反应中，中间体
M
‑
H
ad
(
吸附态氢原子
)
在催化材料表面吸附和脱附的平衡决定了反应动力学的快慢
。
高效的电解水
HER
阴极催化材料可以提供更多的活性位点吸附中间体，并降低中间体的脱附，以加快电化学反应的进行
。
在过渡金属催化材料的研究中，镍
、
钴
、
铁
、
钼
、
铜等研究最多，但是纯过渡金属催化材料的导电性差
、
表面暴露的活性位点数量少，限制了它的
HER
活性
。
通常，利用多孔的导电基底
(
如泡沫镍
、
泡沫铜
、
碳布
)
生长活性材料，获得中空
、
多孔
、
多层的纳米结构，这样的结构具有更大的活性比表面积
、
更高的导电性及更多的活性位点，提高了催化材料的
HER
活性
。
在此基础上，引入具有催化能力的铈元素，利用铈的特殊性质，相比于单种催化材料，其活性将进一步提高
。
[0006]铈是常见的轻稀土材料，常见价态为
+3
和
+4
，它可以在
Ce
3+
和
Ce
4+
之间进行可逆转变，其次，
Ce
及其氧化物具有出色的氧化还原能力，它的结构种含有许多氧空位，当2个
Ce
4+
转变为
Ce
3+
时，会释放一个氧空位，有利于提高材料的氧迁移率
。
掺杂
Ce
与其他组分耦合时，会产生较强的协同作用，表现出远超预期的催化效果
。
此外，在电化学测试过程种，引入
Ce
或
Ce
的氧化物后，过渡金属电催化材料的稳定性和耐腐蚀能力也得到了较好的提升
。
因此，将
Ce
与非贵金属催化材料进行耦合，开发廉价高效的稀土基催化材料得到广泛关注
。
[0007]硒化钼是一种非贵金属基析氢反应电催化剂，在酸性溶液中具有较高的催化活性，然而，硒化钼在碱性溶液中的析氢反应催化活性相对较差
。
而
Ce
的氧化物可以有效提升催化材料在碱性电解液中的
HER
性能
。
[0008]因此，如果能提供一种铈修饰的硒化钼催化材料，能够有效提升硒化钼在碱性电
解液中的析氢性能，以及具有较多的活性位点和低过电位，则更有利于电解水制氢技术的发展
。

技术实现思路

[0009]鉴于上述所有现有技术的缺点，本专利技术提供一种铈修饰的硒化钼催化材料及其制备与应用，以解决现有技术中硒化钼催化剂在碱性电解液中析氢性能较差
、
现有电解水制氢催化剂活性位点数量少，过电位高和价格昂贵等问题
。
[0010]为实现上述目的及相关目的，本专利技术第一方面提供一种铈修饰的硒化钼催化材料制备方法，该方法包括：
[0011](1)
将铈源和钼源加入到含有表面活性剂的溶剂中，搅拌混合，得到铈钼混合溶液；
[0012](2)
将铈钼混合溶液转入盛有泡沫镍的反应容器中，进行溶剂热反应，取出泡沫镍洗涤
、
烘干后，在惰性气体保护气氛下进行保温处理，得到泡沫镍前驱体；
[0013](3)
将泡沫镍前驱体和硒粉置于双温区管式炉中，在还原性气氛中进行硒化反应1～
3h
，硒粉位于
350
～
450℃
的上游区，泡沫镍前驱体位于
350
～
550℃
的下游区，反应结束后，下游区产物为铈修饰的硒化钼催化材料
。
[0014]根据上述技术手段，本专利技术利用原位生长和化学气相沉积法制备铈修饰的硒化钼催化材料
(Ce
‑
MoSe2/NF
催化材料
)
，利用铈源有效提升催化材料在碱性电解液中的
HER((
电催化剂析氢反应
)
性能，且
Ce
‑
MoSe2/NF
催化材料为纳米片结构，暴露出更大的活性比表面积，具有较低的水分解自由能和较好的氢吸附自由能，当
Ce
‑
MoSe2/NF
催化材料在电解水制氢中应用时，
Ce
能够充当水分解的促进剂，促进被吸附在
Ce
‑
MoSe2/NF
催化材料表面上的
H2O
分子分解成活性
H*
，提高
Ce
‑
MoSe2/NF
催化材料表面的
H*
形成率和
M
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铈修饰的硒化钼催化材料制备方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)
将铈源和钼源加入到含有表面活性剂的溶剂中，搅拌混合，得到铈钼混合溶液；
(2)
将所述铈钼混合溶液转入盛有泡沫镍的反应容器中，进行溶剂热反应，取出所述泡沫镍洗涤
、
烘干后，在惰性气体保护气氛下进行保温处理，得到泡沫镍前驱体；
(3)
将所述泡沫镍前驱体和硒粉置于双温区管式炉中，在还原性气氛中进行硒化反应1～
3h
，所述硒粉位于
350
～
450℃
的上游区，所述泡沫镍前驱体位于
350
～
550℃
的下游区，反应结束后，所述下游区产物为所述铈修饰的硒化钼催化材料
。2.
根据权利要求1所述的铈修饰的硒化钼催化材料制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中铈源和钼源的摩尔比为1～2：1～
10
；和
/
或，所述步骤
(1)
中铈源包括硝酸铈
、
硫酸铈铵水合物和硫酸铈中的至少一种；和
/
或，所述步骤
(1)
中钼源包括钼酸钠
、
磷酸钼
、
水合钼酸钠
、
钼酸铵和水合钼酸铵中的至少一种；和
/
或，所述步骤
(1)
中表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵
、
十二烷基吡啶溴化铵
、
十二烷基二甲基甲苯溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的铈修饰的硒化钼催化材料制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中溶剂包括水
、
乙二醇
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张童，黄敏，张加加，请求不公布姓名，周振声，
申请(专利权)人：上海莒纳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：