[发明专利]碳包覆的杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆的杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂的制备方法，包含以下操作步骤：(1)配制溶液Ⅰ，将铜基底材料放入配制所得溶液Ⅰ中进行刻蚀，刻蚀后所得铜基底材料即为前驱体，然后将前驱体进行杂化，再放入含碳有机溶剂中浸渍；(2)通入气体，进行高温煅烧，即得杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂。本发明制备工艺简单，成本低廉，在0.5摩尔/升硫酸溶液中具有较好的电化学催化活性和电化学稳定性，当还原电流密度达到10mA/cm²时，过电位为85mV，为降低制氢成本奠定了技术基础。

技术领域

本发明涉及一种析氢催化剂的制备方法，特别涉及一种碳包覆的杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂的制备方法。

背景技术

由于气候变化和化石能源的日渐枯竭，同时常规能源使用排放的有毒有害物质引发的环境问题、生态问题也随之加剧。因此，开发新能源、环保能源迫在眉睫。氢气具有清洁、高效且可再生等优点，是化石燃料的最佳替代品。在多种制氢的方法中，电解水是一种简单有效的制氢方法，工艺简单，无污染，且得到的氢气纯度很高。经过几十年的发展，电解水制氢技术虽然已经取得了长足的进步，但是如何进一步降低电解水成本仍然是一个巨大的挑战。虽然贵金属催化剂(如铂等)已经被证明是高效率的析氢催化剂，但这些贵金属的稀缺性和高成本极大地限制了它们的进一步商业化和大规模的电解水应用。因此，研发成本低廉且性能与铂基催化剂相接近的非贵金属催化剂具有重要意义。非贵金属催化剂的具有价格低，资源丰富等优势，但存在的最大问题是电解过程中析氢反应的过电位较高，从而导致电能消耗较大，且稳定性较差。因此，开发过电位较低、成本低廉、且稳定性较好的催化剂是实现工业电解水制氢必须要解决的实际问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明针对上述技术问题，发明一种碳包覆的杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂的制备方法，旨在得到一种工艺简单、成本低、催化性能好的碳包覆的杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种碳包覆的杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂的制备方法，包含以下操作步骤：

(1)配制溶液Ⅰ，将铜基底材料放入配制所得溶液Ⅰ中进行刻蚀，刻蚀后所得铜基底材料即为前驱体，然后将前驱体进行杂化，再放入含碳有机溶剂中浸渍；所述的杂化为将含杂原子的物质与前驱体反应，所述的反应方式为液固反应、高温烧结或水热反应中的至少一种；

(2)通入气体，进行高温煅烧，即得杂原子掺杂铜基复合析氢催化剂。

优选的是，步骤(1)中所述的铜基底材料为铜箔、铜片、泡沫铜、铜粉、自支撑三维多孔铜膜或冲孔铜箔中的一种；所述的含杂原子的物质为含硫元素的物质、含磷元素的物质、含硼元素的物质、含硒元素的物质、含氮元素的物质中的一种或两种，混合比例任意。

优选的是，步骤(1)中所述的溶液Ⅰ为强碱、氨水或氧化剂中的一种或两种混合，然后溶于水中，配制得到溶液Ⅰ，强碱、氨水或氧化剂混合比例任意；其中，所述的强碱为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钡中的一种；所述的氧化剂为过硫酸铵、过氧化氢、过氧乙酸、重铬酸钠、重铬酸钾、铬酸、硝酸、高锰酸钾、次氯酸钠、过碳酸钠、过硼酸钠或过硼酸钾中的一种。

优选的是，步骤(1)中所述的刻蚀为将铜基底材料放入溶液Ⅰ中在10～40摄氏度下进行刻蚀10～60分钟，得到前驱体。