[发明专利]一种双功能电化学催化剂

说明书

本申请属于新能源材料技术领域，具体涉及一种双功能电化学催化剂。本发明提供的双功能电化学催化剂其制备方法为：将钯盐、还原剂和分散的β‑Mo₂C混合，然后在70～200℃下加热反应20～28h，即得；其中，分散的β‑Mo₂C为β‑Mo₂C分散在水溶液或有机溶剂中的混悬液，还原剂为能将Pd²⁺还原成Pd单质的有机物；有机物为维生素C或有机溶剂。本发明采用β‑Mo₂C纳米管材料和钯盐进行原位还原，合成了同时具有电催化氧还原和电催化析氢两种功能的β‑Mo₂C‑Pd复合电化学催化剂，结构新颖，形态单一，分散性良好，具有很强的层次结构，活性位点多；而且，其制备工艺简单优化，降低生产成本，可广泛应用于工业化生产。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种双功能电化学催化剂。

背景技术

社会能源危机与环境问题是制约当今社会发展的主要问题之一，新型能源转化存储的方法及其设备是解决上述问题的有效途径之一。质子交换膜燃料电池是燃料电池中的一种，具有工作温度低、能量转换效率高、环境友好、比功率高、启动快、结构简单等优点，既可作为应用于日常生活中的笔记本电脑、手机、照相机和电动汽车的电源设备，也可应用于大型发电厂，受到了社会的广泛关注。质子交换膜燃料电池的两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，然而阴极氧的还原反应总是伴随着很高的过电位，高达几百毫伏，进而导致阴极反应速率低，这个问题是制约燃料电池商业化发展的主要瓶颈。

在如今的能源供应当中，氢气是最有前途的清洁能源，具有环保、易存储和能量密度大等特点。然而，目前工业制氢所采用的方法通常不符合“绿色可持续发展”的能源发展战略。例如，虽然电催化析氢是一种绿色、高效制备氢气的方法之一，但是存在催化剂价格昂贵、催化活性低和稳定性差等问题，因而，如何设计一种性能优异、成本低廉的析氢催化剂是当前高速发展社会所面临的挑战之一。

传统电催化析氢的催化剂大多是用贵金属Pt、Ir、Ru来制备，但是这三种贵金属价格昂贵且地球含量非常少，同时Pt、Ir、Ru基催化剂稳定性差导致其催化效率低，限制了电催化析氢技术的工业化应用。过渡金属碳化物、硫化物、磷化物、氮化物及碳材料虽然降低了成本，但是其性能和稳定性还是不能满足电催化析氢发展的需要。

在传统的燃料电池阴极催化剂中应用最多的是铂(Pt)基材料，但因其昂贵的价格和极少的地球储备量，大大增加了燃料电池的制造成本，从而限制了Pt基材料的商业化应用。已有研究者将Pt与过渡金属M(Fe、Co、Ni、Mn、Cu)组成的合金纳米材料应用在燃料电池阴极催化剂上，虽然减少了Pt的用量且具有较高的催化活性，但催化性能衰减太快且制作方法复杂，仍然限制着其在燃料电池的商业化使用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种双功能电化学催化剂的制备方法，操作简便，价格低廉，由其得到的催化剂催化性能优异，稳定高效。

本发明的具体技术方案如下：

一种双功能电化学催化剂，其制备方法为：将钯盐、还原剂和分散的β-Mo₂C混合，然后在70～200℃下加热反应20～28h，即得；

所述分散的β-Mo₂C为β-Mo₂C分散在水溶液或有机溶剂中的混悬液，所述还原剂为能将Pd²⁺还原成Pd单质的有机物；

所述有机物为维生素C或有机溶剂。

优选的，所述β-Mo₂C与Pd单质的质量比为1:(0.03～0.12)。

优选的，所述还原剂为维生素C，所述分散的β-Mo₂C为β-Mo₂C分散在水溶液中的混悬液。