[发明专利]用于电解水产氢的复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及无机纳米复合材料技术领域，具体而言，涉及用于电解水产氢的复合电极材料及其制备方法。用于电解水产氢的复合电极材料包括碳化钼‑氮掺杂的碳骨架以及负载于所述碳化钼‑氮掺杂的碳骨架的过渡金属纳米簇。该复合电极材料可以为电催化产氢过程中氢气的析出提供连续的路径，有利于氢气的快速析出。

技术领域

本发明涉及无机纳米复合材料技术领域，具体而言，涉及用于电解水产氢的复合电极材料及其制备方法。

背景技术

氢气燃烧焓高，燃烧时无碳排放，是一种很有前景的可持续清洁能源。电催化分解水技术是制氢的一种重要方法。目前，此技术制氢所用商业化的电极材料为铂基电催化剂，然而铂的稀缺性、高成本及催化不稳定性限制了其广泛应用，开发具有高经济效益和高性能的替代品被认为是解决电化学产氢催化剂大规模应用的重要途径。钌的价格约是铂的5％，且具有与铂类似的金属-氢健健强及明显的产氢活性，因此，优化钌基催化剂使其达到甚至超越铂基催化剂的性能具有重要意义，但是存在着很大的挑战。

碱性条件下，电催化产氢过程包括水分子解离形成催化剂表面吸附的氢以及吸附的氢从催化剂表面脱附并释放氢气分子。因此，开发多相催化剂以发挥催化剂间的协同作用，可以促进整个催化过程。同时，若氢气分子释放后无便利的气体通道使其从催化剂表面及时溢出，则氢气会覆盖部分活性位点，从而影响催化剂的性能。因此，通过形貌工程构筑气体逃逸通道对提升催化剂的性能至关重要。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供用于电解水产氢的复合电极材料及其制备方法。本发明实施例提供的复合电极材料可以为电催化产氢过程中氢气的析出提供连续的路径，有利于氢气的快速析出。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种用于电解水产氢的复合电极材料，所述复合电极材料包括碳化钼-氮掺杂的碳骨架以及负载于所述碳化钼-氮掺杂的碳骨架的过渡金属纳米簇。

在可选的实施方式中，所述过渡金属纳米簇为钌纳米簇；

优选地，所述复合电极材料具有三维有序大孔结构；

优选地，三维有序大孔结构的孔径为180-450nm。

第二方面，本发明提供一种前述实施方式所述的用于电解水产氢的复合电极材料的制备方法，包括：将过渡金属纳米簇负载于碳化钼-氮掺杂的碳骨架上。

在可选的实施方式中，所述碳化钼-氮掺杂的碳骨架的制备步骤包括：利用抽滤法将钼盐浸入聚苯乙烯模板中，而后进行高温退火形成碳化钼-氮掺杂的碳骨架；

优选地，所述碳化钼-氮掺杂的碳骨架的制备步骤包括：利用抽滤法将钼盐浸入聚苯乙烯模板中，而后进行干燥，接着，在还原气体-惰性气体的混合气体氛围下高温退火形成碳化钼-氮掺杂的碳骨架。

在可选的实施方式中，所述碳化钼-氮掺杂的碳骨架具有三维有序大孔结构；

优选地，钼盐为钼酸铵溶液；

优选地，所述钼酸铵溶液的浓度为2-5mmol/ml；

优选地，所述聚苯乙烯模板的厚度为1-10mm；

优选地，所述混合气体中还原气体为氢气，所述混合气体中惰性气体为氩气；

优选地，所述混合气体中所述还原气体的体积为5-20％；所述混合气体的流速为50-200ml/min；

优选地，高温退火的温度为650-850℃，时间为2-5小时，升温速率为2-10℃/min。

在可选的实施方式中，所述聚苯乙烯模板的制备步骤包括：将经过处理的苯乙烯、表面活性剂、引发剂和溶剂混合反应形成单分散聚苯乙烯微球乳液，而后再抽滤；