[发明专利]一种高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂及其制备方法，本发明的制备方法具体步骤包括：1)：将碳基底分散在去离子水中，形成分散液A，向分散液A中加入表面活性剂并混合搅拌形成悬浊液B，向悬浊液B中加入钨源，并调节pH形成分散液C；2)：将分散液C在150℃下水热反应6h，冷却后得气凝胶D，对气凝胶D抽滤、洗涤、冷冻干燥后研磨，得前驱体E，将前驱体E置于管式炉中，在400～1000℃及惰性气体氛围下高温烧结1～4h，得高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂。本发明的高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂制备成本低、电催化产氢效率高，本发明的制备方法流程简单、反应条件不苛刻，所需原料廉价易得。

技术领域

本发明涉及产氢催化剂技术，具体涉及一种高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂及其制备方法。

背景技术

能源问题是21世纪人类面临的主要问题之一，随着化石燃料的日益枯竭和环境污染日益严重，开发清洁高效的能源、建设低碳环保社会成为当下面临的重要课题。氢能作为理想的新一代的清洁能源而备受关注，其具有重量轻、导热性好、燃烧性能好、无毒及地壳丰度大等优点，并且可利用的形式多样化，如作为航天动力燃料和结构材料等。电催化水分解制氢是一种简便低耗、高能量转化效率且能够实现零温室气体排放的可持续制备高纯度氢气的有效途径。但是，电催化水分解的催化剂主要以主要由贵金属及其氧化物组成，大大增加了制氢成本，因此，寻求一种可替代铂碳催化剂的非贵金属催化是降低制氢成本的一种行之有效的方法。

氧化钨作为电催化剂，地壳丰度高，易获取且环境友好，具有化学稳定性好，结晶度高和结构易调控等特点。以氧化钨作为水分解的产氢催化剂时，因其表面的氢吸附能过强，造成氢原子的脱附过程缓慢，故具有较低的催化活性，限制了其作为催化剂的应用。从理论上来讲，缺陷会造成氧化钨电子结构的变化，从而改变表面的氢吸附能强度，达到调节电催化产氢性能的作用。因而，若能通过缺陷构筑和超薄碳层包覆表面来提高催化剂的催化活性，则有助于氧化钨在水分解的产氢催化剂的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂及其制备方法，本发明的高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂制备成本低、电催化产氢效率高，本发明的制备方法流程简单、反应条件不苛刻，所需原料廉价易得。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂的制备方法，具体步骤包括：

步骤(1)：将碳基底分散在去离子水中，形成质量浓度为1～2mg/ml分散液A，向分散液A中加入表面活性剂并混合搅拌形成悬浊液B，向悬浊液B中加入质量浓度为1～2mg/ml的钨源，钨源的质量与表面活性剂的质量之比为10:1～4，并调节pH＝1～2，形成分散液C；

步骤(2)：将步骤(1)所得分散液C在150℃条件下水热反应6h，冷却至室温后得气凝胶D，对气凝胶D抽滤、洗涤、冷冻干燥后研磨，得前驱体E，将前驱体E置于管式炉中，在400～1000℃及惰性气体氛围下高温烧结1～4h，得高活性高稳定性的碳包覆缺陷氧化钨产氢催化剂。

进一步的，所述步骤(1)中的碳基底包括氧化石墨烯粉末、碳纳米管、碳纤维。

进一步的，所述步骤(1)中将碳基底分散在去离子水中时进行超声处理。

进一步的，所述步骤(1)中的表面活性剂为高分子活性剂PVP、阴离子活性剂SDBS、阳离子活性剂CTAB中的一种。

进一步的，所述步骤(1)中调节pH值是在磁力搅拌下逐滴加入3mol/L盐酸溶液进行调节。

进一步的，所述步骤(2)中将分散液C转移至聚四氟乙烯内衬的水热釜中进行水热反应。

进一步的，所述惰性气体为N₂。