[发明专利]铜/氧化亚铜/二氧化钼电催化材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种铜/氧化亚铜/二氧化钼电催化材料及其制备方法和在电解水析氢方面的应用。首先对泡沫镍进行清洗处理，然后将其置于含铜和钼的酸性溶液中水热反应，最后将其置于还原气氛中高温还原即可。该材料通过金属氢氧根和金属结合产生的协同作用提高了其在碱性条件下的催化析氢效果和耐久性，其中氢氧根促进了水的离解，附近的金属原子促进了氢中间体对H₂分子的吸附和结合。

技术领域

本发明涉及复合功能材料技术领域，具体涉及一种铜/氧化亚铜/二氧化钼电催化材料及其制备方法和在电解水催化析氢方面的应用。

背景技术

氢气是一种清洁、灵活的能源载体，有望在未来的可持续能源体系中发挥关键作用，电化学水裂解技术为生产氢气提供了一种可持续发展的途径。该技术能够将电能从可再生能源转化为化学能，是一种很有前景的氢转化技术，这对于有效和广泛利用可再生能源具有深远意义。可再生能源的特点是其产出多变和间歇性，实现高效能的水裂解关键在于开发出用于析氢反应的高活性、耐用电催化剂。

碱性水裂解技术为商业化生产具有成本效益的氢气提供了强有力的支撑。要达到较高的反应速率，需要可忽略的过电位。铂(Pt)是公认的电解水催化析氢的基准催化剂，然而由于铂的稀缺性和高成本，使其大规模工业化应用受到了严重限制。因此，进一步探索开发碱性条件下高效、低成本的电解水催化析氢催化剂具有重要意义。

在此之前，发明人团队及其他科研工作者已经公开了诸多金属泡沫基复合材料及其在电解水催化析氢方面的应用。在CN108950585A中，泡沫铜并非作为载体支撑材料，其在后期参与反应转变成为催化剂的一部分活性物质，且生成的硫化物质脆、缺少韧性。CN108754532A公开的电化学材料制备方法较为复杂，生成的LDH本身具有相对较弱的电子传导性，后期碳包覆处理虽然提高了电子导电性，但高温碳化处理可能会破坏LDH的结构覆盖原本活性位点。CN106702425A公开的复合材料仅在酸性溶液中具有优良的催化活性，此外其制备过程复杂，电解水反应需要水分子与催化剂充分接触。不仅如此，该方案在已经形成的二硫化钼表面电镀铜层会覆盖一部分活性位点，降低材料的催化效率。CN109468662A公开的催化剂为粉末或颗粒状，需要借助胶粘剂将其负载在玻碳电极上进行电化学测试和反应，在高电流密度状态下活性物质可能会脱落，影响其催化性能。

综上所述，现有同类电催化材料在性能、制备方法、使用过程中均存在一些问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有电解水催化析氢催化材料存在的上述问题，通过水热法结合高温还原反应制得了一种非贵重Cu-Mo-O型电催化材料。该材料在碱性溶液中电解水催化析氢时表现出极高的活性和优异的稳定性，具有较好的应用前景。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案具体如下：

铜/氧化亚铜/二氧化钼电催化材料的制备方法，具体包括以下步骤：(a)对三维泡沫金属进行预处理，备用；(b)利用铜盐、钼盐配制混合溶液，加入处理好的三维泡沫金属进行水热反应，得到铜钼双金属氧化物前驱体；(c)将铜钼双金属氧化物前驱体置于还原气氛中还原即可。

进一步的，所述三维泡沫金属具体为泡沫镍，其孔隙率为90％以上，纯度为98％以上。

进一步的，步骤(a)所述预处理包括利用去离子水、酸溶液、醇溶剂中的至少一种对三维泡沫金属进行浸泡清洗，浸泡清洗温度不超过200℃，期间施加超声处理以便增强清洗效果。

进一步的，步骤(b)中混合溶液的配制方法如下：将铜盐和钼盐加入到水中搅拌溶解，利用稀盐酸水溶液调节其pH至2-5。

进一步的，所述铜盐选自硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、乙酸铜中的一种，优选硝酸铜；所述钼盐选自钼酸钠、钼酸铵中的一种，优选钼酸钠。铜盐与钼盐的摩尔比为0.25-4:1。

进一步的，步骤(b)水热反应温度100-200℃，水热反应时间为24h以内。