[发明专利]一种通过α型碳化钼添加提高铂碳材料电催化析氢性能的方法及该方法得到的催化剂

说明书

本发明属于电催化剂技术领域，提供一种通过α型碳化钼添加提高铂碳材料电催化析氢性能的方法及该方法得到的催化剂。本发明通过在碳载铂前驱体中引入α型碳化钼，利用α型碳化钼与Pt之间的强相互作用，通过高温活化条件引发Pt原子的迁移，从而使Pt原子在α型碳化钼上再分散，提高贵金属Pt原子利用率，形成双界面Pt/C和Pt/α‑MoC。本发明提供的方法，过程操作简单，可控性强，能够显著降低成本，适用于大规模生产。本发明所述方法得到的催化剂具有高活性、高稳定性、贵金属利用效率高等优点。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，尤其涉及一种通过α型碳化钼添加提高铂碳材料电催化析氢性能的方法及该方法得到的催化剂。

背景技术

电解水产氢是正在发展的清洁能源技术的重要组成部分，它具有更高的氢纯度(99.995％)、更快的动力学和更高的能源效率。商用铂碳催化剂虽然能在较低的过电位下具有较高的电流密度，但其价格昂贵且资源短缺，因此需要开发高性能且低铂的氢析出催化剂。

过渡金属碳化物是一种优良的非贵金属析氢催化剂。研究至今，已被广泛报道，碳化钼作为其中的一员，被研究的最为广泛。众多研究者从晶型的调变、微观形貌的调控、杂原子的掺杂以及与导电性能优良的碳基材料的复合等对碳化钼基电催化材料展开深入的研究探讨，尽管他们已展现出一定程度的性能改善，但仍有性能提升的巨大空间。同时，碳化钼也是一种性能优良的催化剂载体。其中，碳化钼材料与负载金属间强相互作用的存在引起研究者们的广泛关注，在强相互作用的驱动下，负载金属的电子状态得到载体的有效调变，从而有利于活性金属的分散以及稳定。虽然这些电催化剂作为析氢催化剂已显示出巨大的潜力，但Pt基电催化剂仍然是目前最先进的HER催化剂。

因此需要降低Pt的用量并提高贵金属的利用率。碳载体(如碳布、碳纳米管和石墨烯)被用于抑制Pt纳米颗粒的聚集和不必要的生长。然而，由于碳载体与Pt原子的相互作用很小，因此使用碳载体稳定小尺寸Pt仍具有挑战性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过α型碳化钼添加提高铂碳材料电催化析氢性能的方法及该方法得到的催化剂，以解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种通过α型碳化钼添加提高铂碳材料电催化析氢性能的方法，包含如下步骤：

将氯铂酸和水的混合液加入到浓硝酸处理过的碳材料中，密封避光处理后进行冷冻干燥得到中间体材料；

将所得中间体材料在氢气中进行还原处理，得到碳载铂前驱体；

在氢气和甲烷的混合气氛下，将所得碳载铂前驱体和α型碳化钼的混合物进行活化处理，得到催化剂。

进一步的，所述氯铂酸和水的体积比为(160～170):(260～270)；

所述氯铂酸和碳材料的体积质量比为160～170uL:45～55mg；

所述碳材料包含碳纳米管或炭黑。

进一步的，所述密封避光处理的时间为40～55h。

进一步的，所述氢气的流量为80～120mL/min。

进一步的，所述还原处理的温度为380～420℃，时间为0.5～2h。

进一步的，所述混合气氛中甲烷的体积占比为15～25％，所述氢气和甲烷的总流量为80～120mL/min。

进一步的，所述活化处理的温度为580～600℃，在活化温度下的保温时间为0.5～2h，升温至活化温度的升温速率为3～7℃/min；

所述碳载铂前驱体和α型碳化钼的质量比为(25～35):(5～15)。

进一步的，所述α型碳化钼的制备包含如下步骤：