[发明专利]一种低温熔融盐合成过渡金属硫化物析氢催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种低温熔融盐合成过渡金属硫化物析氢催化剂的方法，利用低温熔盐一步硫化过渡金属源，制备过渡金属硫化物析氢催化剂。将硫氰酸盐与过渡金源均匀混合得到前躯体，之后装入容器，在马弗炉中加热反应，结束后经水洗即可得到过渡金属硫化物。未反应的硫氰酸盐重结晶回收利用，降低生产成本。本发明所涉及的原料价格低廉，合成温度低，无需高压、惰性气氛等苛刻条件，设备需求简单。硫氰酸盐既作为熔融盐充当反应介质，又为硫化物的形成提供硫源，因此在材料合成中无需外加硫源。本发明显著精简了过渡金属硫化物析氢催化剂的制备工艺流程，提升了过渡金属硫化物材料的制备效率，有利于工业化生产与应用。

技术领域

本发明属于催化剂材料领域，涉及一种过低温熔融盐合成过渡金属硫化物析氢催化剂的方法。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，人类对能源的需求与日俱增。储量有限的化石燃料是目前主要的能源支柱，对可持续发展造成了巨大的能源危机。同时，过度依赖化石能源也带来了严重的环境问题。以清洁能源取代传统化石能源具有重大的应用潜力。氢气是一种高效能源载体，其燃烧产物只有水，具有极高的热值，不会对环境造成污染。因此，绿色环保的氢能源备受关注。氢气的生产是氢能规模化运用的基础。目前工业上主要依赖化石燃料生产氢气，是一种非可持续的制氢手段，且加剧了化石燃料的消耗和环境污染。电解水是通过消耗可再生的电能和丰富的水资源制备氢气，其具有电力运输便捷，设备需求低，不受地理条件限制等优点，是一种极具发展潜力的制氢方法。在电解水制氢中，为了降低电能的损耗，需引入高效的催化剂提高制氢效率，降低氢气生产成本。以铂为代表的贵金属材料具有优异的电化学析氢催化性能，但其价格昂贵，难以大规模应用。随后发展了一系列非贵金属材料作为析氢催化剂。其中，过渡金属的硫化物，如硫化钼，硫化钴，硫化镍等材料，具有价格低廉、稳定性好、催化活性高的特点，是最具应用前景的析氢催化剂。

过渡金属硫化物的合成方法很多，但所合成的材料无法满足析氢催化剂的要求，主要表现在材料的宏量制备困难和催化活性偏低，这主要受限于材料合成方法。通过水热法可以合成过渡金属硫化物，如专利1“吴则星，宋敏等，过渡金属硫化物纳米球的制备及应用[P]，申请号201910208038.0”将过渡金属盐和硫源混合在水和乙醇中，经水热反应制得过渡金属硫化物析氢催化剂。但该方法涉及高压过程，存在安全隐患，且产量低，无法满足大规模应用需求。化学气相沉积法也可用于制备过渡金属硫化物析氢催化剂。如专利2“张艳锋，郇亚欢等，制备垂直过渡金属硫化物纳米片阵列的方法及电催化析氢催化剂[P]，申请号201810117506.9”将单质硫和过渡金属的氯化物分别加热至不同温度，在基底上制得垂直的过渡金属硫化物析氢催化剂。但该方法产量较低，且需在高温下进行，导致催化剂缺陷位点少，催化活性低。基于高温固相反应可以大规模制备过渡金属硫化物，该方法的缺点在于能耗高，而且所合成过渡金属硫化物催化活性低。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种低温熔融盐合成过渡金属硫化物析氢催化剂的方法，利用低温熔盐一步硫化过渡金属源，获得过渡金属硫化物析氢催化剂。本发明利用低熔点的硫氰酸盐作为熔融盐，在熔融盐中添加过渡金属源，无需额外添加硫源即可制得过渡金属硫化物析氢催化剂。本发明旨在制备高性能的过渡金属硫化物析氢催化剂，提高催化活性、简化了制备工艺、降低了生产成本，以实现量化生产。本发明在合成过渡金属硫化物析氢催化剂领域具有重要应用价值。

技术方案

一种低温熔融盐合成过渡金属硫化物析氢催化剂的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、混合粉料：将硫氰酸盐与过渡金属源混合得到前驱体；所述过渡金属源与硫氰酸盐的质量比为1～40:200；

步骤2、过渡金属硫化物材料的合成：将前驱体置于容器中，容器放入到马弗炉中进行熔融反应；反应条件：大气环境下以1～20℃/min的速率将马弗炉升温到175～500℃，反应0.5～24h；