[发明专利]一种用于制备燃料电池用氢的氮化钼基催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种用于制备燃料电池用氢的氮化钼基催化剂及制备方法。包括如下制备过程：（1）将在钼源、掺杂源的水溶液中加入氨水与氢氧化钠的混合溶液，得到复合金属相的氢氧化物前驱体；（2）过滤烘干后高温煅烧，制得M_yMo_2‑yN_x粉末；（3）置于N‑甲基吡咯烷酮溶液中制得掺杂氮化钼；（4）负载于电极表面钝化，即得用于制备燃料电池用氢的掺杂氮化钼基催化剂。本发明通过液相共沉淀法可准确控制掺杂金属与镍含量比例，有效防止了组分含量差异导致的副反应，同时通过掺杂金属原子的引入，为析氢提供更多活性点位，提高了催化性能，制得的掺杂氮化钼基催化剂晶型易控，催化效率高，制氢效率好。

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，公开了一种用于制备燃料电池用氢的氮化钼基催化剂及制备方法。

背景技术

能源危机和环境污染已日益严重，威胁着人类的生存和发展。发展可再生能源，走可持续发展道路成为各国学者研究的焦点。但由于太阳能、风能等可再生能源的间歇性和不宜储存及运输等忒安，需要一种高效清洁的能源载体作为可再生能源和用户之间的桥梁。氢能以其清洁、高效的特点被公认为最有潜力的能源载体，其发展和应用备受瞩目。

在目前的电解水制氢技术中，电解水技术与光解水、热化学制氢的不同特点：电解水技术成熟、设备简单、无污染，所得氢气纯度高、杂质含量少，适用于各种场合，缺点是耗能大、制氢成本高；光解水技术目前难点是催化剂研制；热化学循环制氢系统更复杂，但制氢效率较高，结合可再生能源，利用效率更高。因此，电解水制氢由于其优良的理论性能和氢产物的高纯度，受到研究人员的广泛关注和研究。

电解水制氢由于成本较高，催化剂使用贵金属的缺点，限制了其在工业生产中的应用。针对非贵金属催化剂的研究已初有成效，目前主要材料为过渡金属基及硫化物、磷化物。其中，过渡金属氮化物以氮化钼为代表，由于其具有良好的析氢反应催化活性，在电解水制氢领域具有极为优异的应用前景。

中国发明专利申请号201710757897.6公开了一种过渡金属氮化物/氮掺杂石墨烯纳米复合材料、其制备方法及应用。复合材料中尺寸为5~20nm的过渡金属氮化物纳米颗粒嵌布在氮掺杂石墨烯骨架中，且复合材料比表面积较大，含有均匀分布的介孔，导电性良好。复合材料的制备方法包括：（1）将模板前驱体、碳源和金属源混合，得到混合后的物料；（2）将步骤（1）所述混合后的物料置于气氛炉中，在非氧化性气氛中煅烧，得到过渡金属氮化物/氮掺杂石墨烯纳米复合材料。复合材料用于超级电容器、燃料电池或锂离子电池，应用前景极佳。复合材料的制备方法相比于现有技术工艺简单，原料廉价，对设备要求低，能耗低，易于规模化生产。

中国发明专利申请号201710779360.X公开了一类二元、三元过渡金属氢化物和制备方法及其作为高效稳定的电催化析氢催化剂的应用，催化剂的分子式为H_xM_aR_bY_cO₃，其中M、R、Y为两种或三种不同的过渡金属，x值为0.01~1，a+b+c＝1。M、R、Y为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锆、铌、钼、铑、锇、钨、钽、铱中的任意两种或三种元素。该发明H_xM_aR_bY_cO₃作为电解水催化剂，其在酸性电解液中的电化学性能与商业化的碳载铂催化剂性能相当，并且H_xM_aR_bY_cO₃具有极高的稳定性，且制备工艺简单，容易放大，因此，能够作为碳载铂催化剂的替代品，有效的降低制氢成本。

根据上述，现有方案中用于电解水制氢的过渡金属氮化物催化剂，特别是氮化钼基催化剂，存在催化活性较低，其交换电流密度仅为Pt基材料的三分之一，同时，由于，难以精确控制，难以提高催化剂的活性一种用于制备燃料电池用氢的氮化钼基催化剂。

发明内容