[发明专利]一种在泡沫铁表面制备二硫化钼/铜/钴催化析氢层的方法

说明书

一种在泡沫铁表面制备二硫化钼/铜/钴催化析氢层的方法，本发明涉及一种在泡沫铁表面制备具有良好析氢活性的花状二硫化钼自组装层/电镀铜层/置换镀钴层的方法。本发明是要解决目前非贵金属析氢催化剂在酸性溶液中析氢活性比较低的问题。一种在泡沫铁表面制备二硫化钼/铜/钴催化析氢层的方法：(1)花状二硫化钼胶体液的配制；(2)阳离子型聚丙烯酰胺凝胶的配制；(3)泡沫铁前处理；(4)泡沫铁表面自组装花状二硫化钼；(5)电镀铜；(6)置换镀钴，在泡沫铁表面得到催化析氢性能优良的复合涂层。一种在泡沫铁表面制备二硫化钼/铜/钴催化析氢层的方法有利于提高电解制氢的产能并降低能耗。

技术领域

本发明属于催化析氢材料的制备领域，涉及一种在泡沫铁表面制备二硫化钼/铜/钴催化析氢层的方法。

背景技术

在能源日益枯竭的当今社会，如何开发利用新型的可再生能源代替化石能源已成为全世界最为重要的话题之一。在新的能源形势下，利用太阳能、风能等可再生能源发电已被广泛研究，然而由于电能的不可存储性，太阳能、风能等能源转化成的电能如若不被消耗掉并不能够被储存起来。若将其他能源形式生成的电能转化成清洁能源——氢气，则可很好的解决能源再生和能源固定的问题。所以，电解催化析氢已成为解决新形势下能源再生和固定的重要手段。

但是，所有的电解催化析氢材料在电解析氢时都需要克服氢气析出时的阻力，即阴极析氢时的外加电压需要克服额外的析氢过电位，析氢过电位越大，氢气析出越困难，消耗的能量也越多，多余消耗的能量则会以热能的形式释放出去。因此，选择合适的电解催化析氢材料从而降低析氢过电位，从而降低电解析氢时的能量消耗，才能更有效率的将电能转化为可以储存的化学能。

析氢过电位的高低与材料本身的属性有关，也与材料的催化面积和导电性有关。催化析氢性能优良、催化面积大的材料，析氢过程中的电化学极化小，导电性好的材料，析氢过程中的电阻极化小，两种极化形式的降低都可以降低析氢过电位，也就是可以降低电解析氢时的能量消耗。在所有的电解催化析氢材料中，贵金属铂的催化析氢性能最为优良，在析氢过程中消耗的能量最低。但是其价格昂贵，投入产出比非常高，不适合用于工业生产。作为新型的代替贵金属铂的电解催化析氢材料，二硫化钼一直受到科学界的关注，尤其是在酸性体系中的催化活性是其它很多非贵金属材料无法比拟的。目前，制备高比表面积二硫化钼的方法已有很多，机械剥离法、溶剂热法和锂离子插层法等，获得的二硫化钼具有二维或三维的高催化活性表面。但是，二硫化钼本身的导电性比较差，这样会在电解催化析氢时增加其电阻极化，不利于能耗的降低。如何将具有巨大催化表面的二硫化钼在固定到电极上时能够更好的发挥其催化活性高、催化面积大的优势，同时克服电阻较大的缺点，是目前将二硫化钼应用到工程领域必须面对的问题。因此，制备催化表面积大、导电性好、稳定性好的二硫化钼复合材料是酸性体系电解催化析氢实现能耗降低的重要途径，也具有巨大的潜在经济效益。

发明内容

本发明是要解决目前非贵金属析氢催化剂在酸性溶液中析氢活性比较低的问题，而提供一种在泡沫铁表面制备二硫化钼/铜/钴催化析氢层的方法。

本发明的一种在泡沫铁表面制备二硫化钼/铜/钴催化析氢层的方法按照以下步骤进行：

(1) 花状二硫化钼胶体液的配制：a. 称取0.5~5.0 g的阴离子型表面活性剂，加入到1000 mL去离子水中，在室温下搅拌5~15 min之后，加入0.2~1.2 g的花状二硫化钼；b.在60 ℃下搅拌2 h之后采用超声波细胞粉碎机处理2 h；c. 重复步骤b 1~6次，完成花状二硫化钼胶体液的配制；

(2) 阳离子型聚丙烯酰胺凝胶的配制：d. 将浓度为3.0~6.0 g/L的阳离子型聚丙烯酰胺溶于去离子水中，在40~60 ℃下搅拌3~5 h后配得阳离子型聚丙烯酰胺溶液；