[发明专利]一种高效析氢催化剂材料、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种高效析氢催化剂材料的制备方法，包括如下步骤：1）钯铵络合物的制备：将氯化钯和乙二胺加入去离子水中进行超声处理；2）将四硫代钼酸铵、尿素分散于N,N‑二甲基甲酰胺中以形成均质溶液；将钯铵络合物转移其中并进行超声处理，然后加入水合肼并继续超声；3）将所得溶液加入反应釜并于160－240℃反应4h；4）反应结束后，自然冷却至室温，固液分离，沉淀经洗涤、干燥，然后将所得样品于氢气环境下400℃煅烧2h得到该材料。本发明高效析氢催化剂材料能显著提高催化剂的析氢（HER）性能。

技术领域

本发明属于无机纳米材料化学及电化学技术领域，具体涉及一种高效析氢催化剂材料、制备方法及其在提高催化剂析氢性能方面的应用。

背景技术

自21世纪以来，能源和环境问题日益突出，氢气被认为是一种不存在环境问题的清洁能源载体。在实际生活中，氢气可以用作较为环保的燃料电池，液态氢气可以用作发射火箭、宇宙飞船使用的高能燃料，在工业上可以用来冶炼金属，制取高纯度硅等。该技术商业化的挑战是如何实现电力消耗和成本的最小化，这就需要低成本且耐用的电催化剂来用于高效的析氢反应（HER）。

近年来，二维过渡金属氧化物和硫化物片层结构，尤其氧化钼（MoO₃）和二硫化钼（MoS₂）等由于具有优异的HER催化性能和低成本，深受研究者的关注。同时，对贵金属参与催化方面的研究也层出不穷。例如，Huang等人（LB Huang, LZhao, Y Zhang, et al. Adv.Energy Mater. 2018, 1800734）利用原位分解吸附并在硫蒸气环境下煅烧，通过将MoO₃纳米点转换为垂直取向的超小层MoS₂来来实现高效析氢反应，得到的析氢催化剂在10 mA cm^-2时过电势为126 mV。然而，其导电率低、循环稳定性弱，如果想进一步提高析氢性能，与其他活性材料复合将会带来新的机遇。Qi等人（K Qi, SS Yu, QY Wang, et al.JournalofMaterials Chemistry A, 2016, 4,4025）通过在富含缺陷的MoS₂纳米片的基面上组装Pd纳米片，利用Pb纳米片来修饰MoS₂的表面来争取获得与Pt/C相似的析氢性能。

贵金属方面如Pb，Au，Pt等具有极高的电化学催化活性。Sun等人（XL Sun, DGLi,Y Ding, et al.J. Am. Chem. Soc, 2014, 136, 5745–5749）利用种子介导生长法制备了Au/CuPt的核壳结构用于氧化还原反应，尺寸分别为5和1.5 nm。Guo等人（SJGuo, X Zhang,W L Zhu, et al.J. Am. Chem. Soc, 2014, 136, 15026−15033）利用纳米贵金属(Ag和Au)和CuPb共同还原乙酰丙酮钯和乙酰丙酮铜，制备了0.75和1.1 nm纳米壳的Ag/Cu₃₇Pd₆₃和Au/Cu₄₀Pd₆₀以得到优于Pt/C的氧还原性能。然而，当贵金属纳米颗粒作为催化剂时，一般对尺寸要求为1-4 nm，这样才能表现出较为理想的活性，因此材料合成条件较为严格苛刻并且不容易控制。另外，贵金属成本高，如何高效利用贵金属是一个重要的挑战。因此，在条件温和，合成方法简单的情况下制备Pd纳米粒子和MoO₃复合催化剂，利用其协同作用来为提高催化剂的析氢性能，这样对Pb纳米粒子的尺寸要求降低，达到更好的催化效果。

发明内容

本发明目的在于开辟新途径，提供一种高效析氢催化剂材料、制备方法及其在提高催化剂的析氢性能方面的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高效析氢催化剂材料的制备方法，其具体包括如下步骤：

1）将氯化钯和乙二胺加入去离子水中超声处理10－30min，获得钯铵络合物；