[发明专利]蛋黄包覆纳米二氧化硅催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂的制备方法，属于催化剂领域，它是以纳米二氧化硅球为中间载体，通过负载以蛋黄高压焙烧得到的氮掺杂碳纳米点，再以氢氟酸溶液浸泡去除中间载体，制得所述蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂；本发明还公开了上述制备方法制备的蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂用于电化学催化析氢的一种应用。本发明制备的蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂的原料成本低廉、无污染，导电性好、比表面积大、催化性能好，解决了制备电催化析氢催化剂成本高的问题，有利于氢能的大规模工业化生产，所制备的蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂适用于电催化析氢制备氢能源。

技术领域

本发明属于催化剂领域，涉及用于电催化析氢的催化剂，具体地说是一种蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

为了应对全球能源和环境危机，发展可再生能源和技术已成为一种趋势。氢(H₂)作为一种燃烧热值高的可再生环保能源，被广泛认为是未来石化能源的理想替代品。

目前，电催化析氢反应(HER)是一种很有前景的制氢方法，其中氢离子在电催化剂存在下与电子结合生成H₂(2H⁺+2e^-＝H₂)。

电催化析氢反应中需要应用催化剂促使反应完成，其中Pt/C由于具有较好的H⁺吸附和解吸能力，因此目前常用Pt/C作为电催化析氢的催化剂；虽然上述Pt/C作为电催化析氢催化剂具有很好的析氢效果，但仍存在以下不足：

其一，制备Pt/C的原料铂作为一种稀有的贵金属，价格昂贵，在工业电催化析氢生产中使用，导致电催化析氢成本高；

其二，铂的自然资源有限，限制了工业电催化析氢的推广应用。

综上所述，现有技术方案中电催化析氢催化剂的制备成本高、自然资源有限，制约了氢能源的应用和工业化的发展。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂的制备方法，以解决制备电催化析氢催化剂的成本高的问题；

本发明的另一个目的，是要提供蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂的制备方法，是以纳米二氧化硅球为中间载体，通过负载以蛋黄高压焙烧得到的氮掺杂碳纳米点，再以氢氟酸溶液浸泡去除中间载体，制得所述蛋黄包覆纳米二氧化硅球催化剂。

作为本发明的一种限定，它包括依次进行的以下步骤：

步骤1)制备纳米二氧化硅球：

取精氨酸溶于超纯水中，制得溶液A；

溶液A中缓慢滴加硅酸四乙酯，于50-80℃下搅拌20-30h，制得溶液B；

将溶液B冷冻干燥48-96h，制得物质C；

在惰性气体保护下，物质C于室温匀速加热至500-900℃，并保持焙烧4-7h，制得纳米二氧化硅球；

步骤2)制备氮掺杂碳纳米点溶液：

取煮熟的蛋黄烘干磨粉，制得蛋黄粉末；

取蛋黄粉末置于高压釜中，加入去离子水混匀，蛋黄粉末与去离子水的质量比为3：40-60，将所述高压釜160-250℃烘烤15-24h后，自然降至室温，高压釜内溶液依次经过滤、离心，取上清液即得氮掺杂碳纳米点溶液；

步骤3)制备催化剂：

酸化纳米二氧化硅球，将酸化后的纳米二氧化硅球依次过滤，洗涤，真空干燥后，制得物质D；