[发明专利]催化剂载体及其制备方法、催化剂及其制备方法和应用

说明书

本案涉及催化剂载体及其制备方法、催化剂及其制备方法和应用，该发明通过在现有碲纳米棒上加入碳源，热处理碳化来进行碳掺杂，制得一种纳米粒子复合物，其可作为催化剂载体制备析氢催化剂，具有一定的应用价值。本发明中碲纳米棒经碳掺杂后由原先的棒状结构转变为内层为碲、外层为碳的纳米粒子结构，外层碳单质既可以起到保护内层碲在酸碱溶液中免受腐蚀，又可以起到固定表面贵金属的作用，有效提高了催化剂的稳定性；内层碲具有亲氧性，可通过碳单质层的电子转移来调节碳层表面贵金属的电子结构；本案制得的催化剂载体可以避免活性纳米颗粒的聚集，并提供了更多暴露的活性位点，从而有利于提高其催化性能。

技术领域

本发明涉及能源催化领域，更具体而言，涉及一种催化剂载体及其制备方法、催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

节约能源与环境保护是未来建设可持续能源系统所面临的两个重要挑战。为了加速向零碳生态系统的全球过渡并同时减少因过度使用化石燃料引起的环境污染和全球变暖，人们加快清洁和可再生能源的开发和研究。氢气作为一种清洁、可持续、高能量密度的能源载体，被认为是一种很有前景的化石燃料替代品。然而，用于工业制氢的传统氢气或蒸汽甲烷重整路线既不环保，也不可持续，因为它不仅会加速化石燃料的消耗，还会增加二氧化碳的排放。电化学水裂解制氢具有高效、环保、可持续的特点，是一项很有发展前景的技术。

在催化剂制备过程中，引入载体是获得优异电导率和提高电化学稳定性的一种有效方法。碲化物材料被报道具有作为催化剂载体的能力，碲的半金属性质为调整复合材料的金属结构和电子结构提供了可能。然而，碲纳米棒并不能暴露较多的活性位点，表现出较差的活性。因此制备一种高效环保、价格低廉，且又具有优异的催化性能的催化剂仍是目前行业需要解决的一大难题。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明在现有碲纳米棒上加入碳源，通过在惰性气体氛围下热处理碳化来进行碳掺杂，引发碲纳米棒的结构由原本的棒状转变为纳米粒子，从而暴露出更多的活性位点，制备出一种高效析氢催化剂载体，其可用于负载贵金属制备高效析氢催化剂，具有一定的应用价值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种催化剂载体的制备方法，包括以下步骤：

S1、将一定量二氧化碲和氢氧化钠溶于乙二醇中，搅拌均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，之后加入抗坏血酸，搅拌均匀得到混合溶液；将混合溶液在145-155℃条件下水热反应6h，反应完成后用水和丙酮冲洗并真空干燥制得所述碲纳米棒；

S2、取所述碲纳米棒置于含有一定量碳源的烧杯中，分散均匀后将溶液转移至水热反应釜中，175-180℃下水热反应3h，随后用水和丙酮冲洗并真空干燥得到灰黑色固体；

S3、将S2中灰色黑固体在惰性气体下进行碳掺杂热处理，得到催化剂载体。

进一步地，所述二氧化碲、氢氧化钠、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸的质量比为1:2～3:0.5～1:2～3。

进一步地，所述热处理条件为350～400℃下保温时间100～200min，升温速率为2～5℃min^-1。

进一步地，所述S2中，所述碳源为制备方法温和的有机化合物，包括但不限于葡萄糖，碳源的浓度优选为0.08mol/L，碲纳米棒与碳源的质量体积比优选为3～5mg:1mL。

本发明提供一种上述技术方案所述的制备方法制得的催化剂载体。

本发明还提供了一种析氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：取上述技术方案中的催化剂载体分散于乙二醇中，混合均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮和含有贵金属的水溶液，搅拌均匀后转移至水热反应釜中，155-165℃下水热反应6h，随后用水和丙酮冲洗并真空干燥，得到析氢催化剂。

进一步地，所述催化剂载体、聚乙烯吡咯烷酮和贵金属的质量比为2～3:30～50:1.2～1.6。