[发明专利]用于光辅助电催化分解水产氢的等离子体催化剂及制备方法

说明书

本发明公开了用于光辅助电催化分解水产氢的等离子体催化剂及制备方法，等离子体催化剂包括：二维材料；金属纳米粒子，金属纳米粒子负载在所述二维材料上；金属纳米粒子具有等离子体共振效应，包括Au、Ag、Cu、Al纳米粒子中的一种或多种；制备方法包括：将二维材料分散于金属纳米粒子溶胶中；经搅拌处理，所得产物经离心、干燥处理，得到金属纳米粒子负载在二维材料上的等离子体催化剂。本发明用于光辅助电催化分解水产氢的等离子体催化剂的金属纳米粒子表面具有等离子体共振效应，有效降低了电催化分解水产氢的过电位，显著地减少了能耗，实现了催化效率的最大化。

技术领域

本发明属于制氢催化剂技术领域，涉及用于光辅助电催化分解水产氢的等离子体催化剂及制备方法。

背景技术

氢能是一种重要的清洁能源，以水为原料，进行电解水制氢是满足可再生电力储存需求的最有希望的方法之一。目前工业氢主要通过在碱性溶液中电解水来生产，包括阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER），制备过程中所采用的催化剂主要是以Pt为代表的贵金属材料，其催化析氢活性佳，但是因资源匮乏、价格昂贵，限制了其大规模应用。目前利用金属纳米颗粒、非贵金属材料制备低成本、高效能的电解水制氢催化剂，替代贵金属的应用，取得了重要进展，但是，如何提高催化剂的利用率以及降低过电位减少耗能是当前研究的难点。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供用于光辅助电催化分解水产氢的等离子体催化剂及制备方法，该催化剂的金属纳米粒子表面具有等离子体共振效应，有效降低了电催化分解水产氢的过电位，显著地减少了能耗，实现了催化效率的最大化；同时，该等离子体催化剂的原材料成本低，制备方法简单，适用于大规模地工业化生产和使用，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，用于光辅助电催化分解水产氢的等离子体催化剂，包括：

二维材料；

金属纳米粒子，所述金属纳米粒子负载在所述二维材料上；

其中，所述金属纳米粒子具有等离子体共振效应，包括Au、Ag、Cu、Al纳米粒子中的一种或多种。

进一步地，二维材料包括：碳化钼、氧化钼、过渡金属硫化合物、二维金属有机框架材料、二维共价有机框架材料中的一种或几种。

更进一步地，过渡金属硫化合物包括：MoS₂、WS₂、MoSe₂中的一种；二维金属有机框架材料包括：MAMS-1、UiO-67、NTU-9、Fe(Py2th) 中的一种；二维共价有机框架材料包括：COF-1、PolyTB-COF、COF-43中的一种。

进一步地，金属纳米粒子的微观形态包括纳米棒状、纳米块状、纳米突刺状、纳米球状中的一种。

本发明的另一发明目的，在于提供上述用于光辅助电催化分解水产氢的等离子体催化剂的制备方法，包括：

将二维材料分散于金属纳米粒子溶胶中；

经搅拌处理，所得产物经离心、干燥处理，得到金属纳米粒子负载在二维材料上的等离子体催化剂。

进一步地，金属纳米粒子溶胶的制备过程，包括以下步骤：

以冰水为溶剂，向冰水中添加NaBH₄、抗坏血酸、葡萄糖、氯化亚锡、亚硫酸钠中的一种作为还原剂，配制浓度为0.01M~5M的还原液；

将所述还原液以1: 10~500的体积比加入至含有金属化合物和稳定剂的溶液中，经搅拌以及室温下避光老化，得到浓度为0.01mM-10mM的金属纳米粒子溶胶。

更进一步地，含有金属化合物和稳定剂的溶液中：金属化合物包括Au、Ag、Cu或Al化合物中的一种，其浓度为0.01M~15M；稳定剂包括柠檬酸钠、PVP、十二烷基硫酸钠中的一种，其浓度为0.001M~15M。

进一步地，二维材料与金属纳米粒子溶胶的质量体积比为1mg:（1mL~50mL）。