[发明专利]一种纳米氧化钨析氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种纳米氧化钨析氢催化剂及其制备方法和应用。该析氢催化剂的制备方法包括：S1、将钨盐前驱体、醇、水混合，得到混合溶液；S2、将导电炭黑分散于混合溶液中，得到第一混合浆液；S3、将第一混合浆液进行水热醇解反应，得到第二混合浆液；S4、将第二混合浆液抽滤，得到滤饼；S5、将滤饼在还原性气氛下煅烧，冷却后研磨，得到纳米氧化钨析氢催化剂。本发明提供的纳米氧化钨析氢催化剂可以代替贵金属析氢催化剂使用，有利于降低质子交换膜电解槽的生产成本，促进质子交换膜电解槽的大规模生产。

技术领域

本发明涉及析氢催化剂领域，具体而言，涉及一种纳米氧化钨析氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前电解水制氢技术主要有碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢及固体氧化物电解水制氢等，目前碱性电解水制氢技术由于其成本低、产氢量大等特点已经开始大规模应用，但是其也存在启停慢、能源利用率低、碱液腐蚀、碱液泄漏及制氢出口压力小等问题，难以与光伏、风电等波动性比较强的可再生能源相匹配。随着可再生能源发电占比的增加，可再生能源的合理利用成为主要重要路径。

质子交换膜电解水制氢具有响应快、电流密度高、氢气纯度高、出口压力高及占地面积小的优点，与可再生能源匹配度最高，尤其是光伏、风电、潮汐等波动比较大的能源。析氢催化剂是质子交换膜电解水制氢技术中的核心催化剂，目前商用的催化剂主要是铂基催化剂。但是贵金属铂催化剂成本较高，限制了其规模化和放大化应用。因此有必要发明一种具有良好析氢活性的非贵金属析氢催化剂，以降低质子交换膜电解槽的成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种纳米氧化钨析氢催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中非贵金属析氢催化剂析氢活性差的问题，相对于商业＜100nm氧化钨析氢活性大幅度提升。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种纳米氧化钨析氢催化剂的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1、将钨盐前驱体、醇、水混合，得到混合溶液；

S2、将导电炭黑分散于混合溶液中，得到第一混合浆液；

S3、将第一混合浆液进行水热醇解反应，得到第二混合浆液；

S4、将第二混合浆液抽滤，得到滤饼；

S5、将滤饼在还原性气氛下煅烧，冷却后研磨，得到纳米氧化钨析氢催化剂。

进一步地，钨盐前驱体在混合溶液中的质量浓度为0.1～10％，优选为0.5～5％；水与醇的体积比为(10:1)～(1:10)，优选为(4:1)～(1:4)。

进一步地，导电炭黑与钨盐前驱体的质量比为(8:1)～(1:8)，优选为(3:1)～(1:3)。

进一步地，水热醇解反应的温度为120～250℃，优选为160～200℃；优选地，水热醇解反应的时间为1～48h，更优选为6～12h。

进一步地，还原性气氛为惰性气体和还原性气体的混合气体；优选还原性气体包括氢气、一氧化碳、甲烷中的一种或多种；更优选地，还原性气体在还原性气氛中的体积浓度为1～30％。

进一步地，还原性气氛的气体流量为100ml/min～1L/min。

进一步地，煅烧的温度为400～800℃，煅烧的时间为1～6h。

进一步地，制备方法还包括：在煅烧之前，对滤饼进行清洗、干燥；优选地，清洗中所用清洗剂为醇水混合溶剂；更优选地，醇水混合溶剂中醇与水的配比与混合溶液中醇与水的配比相同。

进一步地，钨盐前驱体包括氯化钨、钨酸钠、钨酸氨中的一种或多种。

进一步地，醇包括乙醇、丙醇、异丙醇中的一种或多种。