[发明专利]一种三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法，利用三维MXene基材料作为碱性条件下电解水析氢反应催化剂载体，并负载催化活性颗粒，从而制备三维结构催化剂。相比于传统的贵金属催化剂如(Pt/C)催化剂，本发明制备的新型催化剂，表现出更好的电催化活性和稳定性。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法。

背景技术

电解水制氢是一种清洁高效的制氢技术，其制备条件温和，对设备要求低且制得的氢气纯度可达到99.99％，具有很高的经济效益和社会效益。与其他的制氢方法相比较，电解水制氢利用清洁的水作为反应的原料，制备方式绿色环保，因此被公认为是可持续生产氢气的方法。因此，电解水制氢技术将成为未来制氢工业的核心技术。

贵金属材料如铂、钯等是目前催化性能最佳、最符合的析氢催化剂，但由于其地壳储量少，价格昂贵，不能够大规模的应用于工业制氢中。目前，研究工作者正致力于寻找结构更新颖、催化活性更高、电化学性能更稳定的电解水析氢反应催化剂。因此，研究结构稳定、能高效率的催化反应进行的电解水析氢反应催化剂是电解水制氢的重要发展趋势。

发明内容

本发明旨在提供一种三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法，通过使用新型的三维MXene基复合载体负载催化剂活性颗粒，合成氢析出催化剂。这种载体具有三维结构，具有大的比表面积和更多的催化剂活性颗粒附着位点，比传统的炭黑做催化剂载体更具有优势。用这种载体制备的催化剂有更高的催化活性、更好的电化学稳定性。

本发明三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法，是使用MXene与碳材料复合作为碱性条件下电解水析氢反应的催化剂载体，随后负载催化剂活性颗粒，即可获得新型载体析氢催化剂，以提高其催化活性及稳定性。具体包括如下步骤：

步骤1：将0.1～20份的MXene加入1～20份的溶剂中，超声分散均匀获得MXene分散液；

步骤2：将0.1～20份的碳材料加入1～20份的溶剂中，超声分散均匀获得碳材料分散液；

步骤3：将步骤1获得的MXene分散液与步骤2获得的碳材料分散液混合并超声分散均匀，转移至水热反应釜中，通入氮气0.5-5小时，随后进行水热反应，反应结束后冷却并洗涤若干次，冷冻干燥12小时，获得MXene-碳材料三维复合载体；

步骤4：将0.1～40份步骤3获得的MXene-碳材料三维复合载体分散到1～40份溶剂中，超声分散0.1-20小时；

步骤5：按照催化活性颗粒的质量为催化剂总质量1～60％的比例计算出所需催化剂活性颗粒前驱体的量，在溶剂中超声分散均匀后加入到步骤4获得的分散液中；

步骤6：向步骤5获得的混合分散液中滴加还原剂溶液，滴加完成后用去离子水洗涤，随后置于真空干燥箱中真空干燥0.5小时以上，即可得到三维MXene基载体的析氢催化剂。

本发明的制备过程中，各原料按质量份数构成如下：

所述MXene为Ti₃C₂、Ti₂C、Nb₃C₂、Nb₂C、TiNbC、Cr₂TiC、Ti₃CN、Ti₄N₃、Ta₄C₃、V₂C、Mo₂C或MoTiC₂。

所述碳材料为氧化石墨烯(GO)、石墨烯、碳纳米管(CNT)或活性炭。