[发明专利]一种Cu-Mo-S复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Cu‑Mo‑S复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：(1)在醇和水的混合溶液中，加入二价铜盐、钼酸盐和硫源混合至溶解；(2)再加入还原剂，转移至高温反应釜中进行加热反应；(3)对加热反应后的体系进行离心去除液体，所得产物进行干燥。该Cu‑Mo‑S复合材料为中空结构，提供了质子传输通道，加速了质子传输速率；通过原位引入钼源和硫源以增加活性位点和提高材料的导电性，使得一步合成的Cu‑Mo‑S复合材料具有良好的电催化析氢活性和稳定性，能够提高电解水装置中阴极析氢速率，可作为析氢反应催化剂；同时，该制备方法具有合成简单、成本低廉等优点。

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体地，涉及一种Cu-Mo-S复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，能源危机已经成为全球关注的焦点，预计石油资源将在50年后枯竭。因此目前的当务之急是发展一种新型的能源，但由于风能、太阳能和核能的运输和储存非常不易，需要寻找一种可再生、环境友好的的新型能源，其中氢能由于效率高、无污染和可简单制取等特点被认为是将来最理想、最有潜力的能源载体。但是由于各种原因，氢能目前还不能大规模商业应用，例如在制备氢的过程中需要消耗大量的能量，而且效率很低，使得制氢的成本非常高。工业化大规模、廉价地生产氢是开发和利用氢能的首要环节，目前已发展的制氢方法有很多，例如：生物制氢、化石燃料制氢、电解水制氢、太阳能制氢等。在各种制氢技术中，利用新能源和可再生能源所产生的富于电能转变为氢能的方式被认为是最具有发展潜力的技术，而且电解水制氢具有产品纯度高、工业化成熟、无污染等优点，且其原材料海水也是人类取之不绝用之不尽的“氢矿”，因此，电解水制氢技术被认为是未来通向“氢经济”的最佳途径。

最早期电解水电极材料中，主要以贵金属系Pt、Pd作为电极材料，由于它不易被氧化、析氢和析氧过电位都比较低，且电解稳定性较好而被应用，但贵金属铂储量有限，其作为析氢电极成本比较高，不利于工业化大批量的使用。急需寻找可以替代其的非贵金属催化剂。量子化学计算表明，G_H能够很好描述催化HER的材料，其不仅适用于纯金属，而且适用于合金，酶和过渡金属化合物。析氢电极材料的交换电流密度对GH的图具有火山形状。Pt金属位于火山的顶点，具有最高的活性和接近零的氢吸附能。火山图反映了Sabatier原则，Pt左边金属与氢原子结合过于强烈，阻断活性位点并且不能产生氢。Pt右侧的金属与氢结合得太弱，不能稳定中间状态和防止反应发生。Cu元素是容易吸附难于脱附的一类析氢材料，要提高它的析氢催化活性，就只有改变其性质，使它更容易脱附氢原子，这样才能具有更好的析氢性能，但是如何增加Cu材料的催化活性，是需要攻克的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种Cu-Mo-S复合材料及其制备方法和应用，该Cu-Mo-S复合材料为中空结构，提供了质子传输通道，加速了质子传输速率；通过原位引入钼源和硫源以增加活性位点和提高材料的导电性，使得一步合成的Cu-Mo-S复合材料具有良好的电催化析氢活性和稳定性，能够提高电解水装置中阴极析氢速率，可作为析氢反应催化剂；同时，该制备方法具有合成简单、成本低廉等优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种Cu-Mo-S复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在醇和水的混合溶液中，加入二价铜盐、钼酸盐和硫源混合至溶解；(2)再加入还原剂，转移至高温反应釜中进行加热反应；(3)对加热反应后的体系进行离心去除液体，所得产物进行干燥。

本发明还提供一种根据前文所述的制备方法制备得到Cu-Mo-S复合材料。

不仅如此，本发明还提供一种前文所述的Cu-Mo-S复合材料在析氢催化反应中的应用。