[发明专利]一种纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料及其制备方法和应用。所述的多孔电极材料由多孔碳化木片以及在其表面均匀生长的纳米绒球状硫化钼组成，所述纳米绒球状硫化钼的直径为0.1‑3μm，纳米绒球状硫化钼由硫化钼纳米片组成。本发明将纳米片状的硫化钼堆积成纳米绒球状均匀负载在碳化木片表面，有效的解决传统粉末状催化剂的弊端；同时绒球状的硫化钼使得片状的硫化钼边缘得以充分的暴露在外边，提高活性边缘暴露的比例，使得制备出的三维自支撑电解水析氢催化剂具有良好的催化性能；同时导电性良好的碳化木材料很好地提升了硫化钼作为催化剂材料的导电性。

技术领域

本发明属于催化剂领域，特别涉及一种纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着全球能源的过度消耗，以及消耗传统能源所带来的环境污染问题，寻找环境污染小、能量密度高的可替代能源成为了现在全球关注的焦点。氢气作为一种高能量密度、零碳排放的新能源持续受到关注。然而传统的制氢工艺一般是煤的气化、天然气和水蒸气的重整，然而这些都会造成碳化物的排放，仍然给环境造成一定的污染。而电解水析氢作为一种环保高效的产氢途径被视为最具前景的制氢技术之一。从化学热力学角度来看，电解水是需要能量(电能)输入的非自发反应，因此需要一种高效的催化剂降低能量的消耗。贵金属(铂基金属)催化剂是目前公认活性最高的催化剂，但是成本和稳定性限制了其进一步的发展。因此，目前开发一种经济、性能好、稳定性好的非贵金属催化剂是解决电解水制氢行业可持续发展的关键问题。

传统的电催化剂大多数是粉末状的，电极的制备过程中往往需要粘结剂，其最大的缺点就是粉末之间的相互叠加，不可避免的造成催化剂颗粒间电阻的存在，以及活性位点的掩盖，大大的影响了催化剂本征性能的发挥，降低了材料的效率增加了制氢成本。随着深入的研究，人们使催化剂生长在高比表面积的导电基体(泡沫镍、泡沫铜、碳布…等)，进而直接作为电极使用，很好的解决了传统粉末催化剂的弊端。但是泡沫镍等导电基体的制作工艺复杂、成本高，因此可替代的廉价导电基体又是摆在人们面前的一个问题。

硫化钼作为一种高活性的电解水析氢催化剂，由于其理想的吉普斯自由能，已经被开发成不同化学比例、不同形貌的催化剂材料。但是其缺点就是粉末状的颗粒，在实际应用的时候严重限制了本征催化活性的充分发挥。经过大量的研究发现，微观硫化钼纳米片状，对于片状的硫化钼边缘是催化活性的，然而基面上是催化惰性的，因此提高硫化钼边缘的暴露个数和比例是提高催化剂活性的关键。再者，硫化钼的导电性比较差，提高其导电性也是提高催化性能的关键。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料。

本发明另一目的在于提供上述纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料的制备方法。本发明利用自然界丰富的木材为原料，在惰性气体保护下高温煅烧获得多孔碳材料，解决了泡沫金属作为基体成本高、工艺复杂的问题，其作为导电基体具有较高的比表面积和较高的导电性。

本发明再一目的在于提供上述纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料，其由多孔碳化木片以及在其表面均匀生长的纳米绒球状硫化钼组成，所述纳米绒球状硫化钼的直径为0.1-3μm，纳米绒球状硫化钼由硫化钼纳米片组成。

本发明的纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料，硫化钼在多孔碳化木片表面生长均匀，硫化钼成片状，而且片状的硫化钼簇拥在一起呈规则的球状。纳米尺寸更加充分的暴露了活性表面积，纳米片的球状堆积使得更多的活性边缘的暴露，解决了活性位点重叠导致的催化剂没有最大限度发挥的问题。

一种上述的纳米绒球状硫化钼/木质基碳多孔电极材料的制备方法，其包括以下步骤：