[发明专利]一种电解水制氢电催化剂及涂层电极的制备方法

说明书

本发明涉及一种电解水制氢电催化剂及涂层电极的制备方法，步骤流程如下：向包含固定配比的硫源、氮源、钼源的混合溶液中加入添加剂，经过水热和超声形成超薄纳米片，通过添加氮源，再高温煅烧退火并微波加热改性，制成氮掺杂超薄多孔硫化钼纳米片电催化剂；用粘结剂将该催化剂涂覆在高比表面积在各种商用高比表面积金属、碳材料或陶瓷电极上作为析氢反应涂层电极。本发明所述电解水制氢电催化剂的制备原理简单、方法明确、操作成本低且安全；在金属、碳材料或陶瓷电极上涂抹所述电解水制氢电催化剂形成电解水制氢涂层电极，使用该电极可替代贵金属催化剂，不仅可以有效降低电解水制氢的过电位，还可以降低电解水制氢的成本。

技术领域

本发明属于电解水的技术领域，具体涉及一种电解水制氢电催化剂及涂层电极的制备方法。

背景技术

水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。目前，电解水制氢在实施过程中存在阳极析氧反应过电位高的问题，一般实际电压远高于理论电压1.23v，这是制约电解水制氢产业化的瓶颈。

电催化在水电解制氢中至关重要，通过电催化可有效降低阳极析氧反应的过电位，现有的电催化都局限于极为稀缺的铂、氧化钌等贵金属及其氧化物，其制造和使用成本较高，可大量投产的析氧反应催化剂是这个领域的研究焦点，目前，金属氧化物、氢氧化物、硫化物以及非金属碳基材料等都已被纳入研发范围。中国专利CN202010023790.0 一种电解水制氢涂层电极的制备方法，该方案通过向牛奶中加入添加剂，经过喷雾干燥和高温煅烧形成碳微球，再去除硅和金属杂质，制成多孔道微球电催化剂；用粘结剂将该催化剂涂覆在石墨棒上作为析氧反应涂层电极，并与析氢铂电极相连，置于碱性水溶液中，构成电解水装置；使用所述涂层电极可替代贵金属催化剂，有效降低电解水制氢的过电位，提高效率近50%；但该方案所述电催化剂制造复杂、成本较高。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种电解水制氢电催化剂及涂层电极的制备方法，解决目前析氧反应催化剂制造成本高的问题，取得催化剂具有高活性、耐用性的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电解水制氢电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）在钼酸盐中混入氮源，并滴加氨水至弱碱状态，得到钼酸铵；

2）向NH₃/NH₄Cl缓冲溶液中加入硫源，并持续搅拌至整体溶解，生成稳定的含硫溶液；

3）将步骤1）和步骤2）制备的溶液在90℃下搅拌混合，然后在180℃下进行水热反应，得到固液混合物；

4）将固液混合物进行水浴超声处理，烘干后在氩气环境下梯度升温至798～802℃，煅烧得到氮化粉末；

5）将氮化粉末冷却至室温，然后将氮化粉末与碳粉混合并在真空状态下进行微波热处理以改变氮化粉末中钼元素的金属价态；

6）将氮化粉末与碳粉的混合物用纯水多次水洗、离心，分离得到碳粉和黑色催化剂粉末；

7）干燥12小时得到成分为氮掺杂超薄多孔硫化钼纳米片的样品粉体。

进一步地，步骤1）中钼酸盐为钼酸钠或钼酸钾，氮源为氯化铵。

进一步地，步骤2）中NH₃/NH₄Cl 缓冲溶液的pH值为8.0，硫源为硫化氢、硫化钠、硫脲、过硫化钠、硫代硫酸钠或硫代乙酰胺。

进一步地，步骤3）中水热反应的时间为12～36小时。

进一步地，步骤4）中水浴超声处理的时间为12～24小时，每3小时搅拌一次。

进一步地，步骤4）中，煅烧的时间为3～6小时。