[发明专利]一种具有多形貌的金属掺杂W18O49电催化剂及其在电解水制氢中的应用

摘要

本发明提供了一种具有多形貌的金属掺杂W₁₈O₄₉电催化剂及其在电解水制氢中的应用，具体是利用W₁₈O₄₉在特定晶向的择优生长特性并以溶剂热法制备W₁₈O₄₉催化剂，通过改变前驱体溶液的浓度，可获得纳米纤维、纳米纤维束和由纳米纤维构成的微球三种形貌，并且可通过掺入钯、钼等元素提高其电催化性能。本发明充分利用W₁₈O₄₉的一维纳米纤维结构促进电子传输，并且催化剂中大量的氧空位为H⁺还原生成H₂提供了充足的活性位点；此外，固态W₁₈O₄₉纳米纤维能够与液相电解质完全接触，有利于H⁺在纳米纤维构成的三维网络中扩散，从而提高其催化性能。本发明所述多形貌电催化剂电催化活性高、稳定性好、制备方法简便易行、成本低廉。

主权项

1.一种具有多形貌的金属掺杂W₁₈O₄₉电催化剂在用于电解水制氢中的应用，其特征在于将所述金属掺杂W₁₈O₄₉电催化剂用于制备电极的方法如下：（1）玻碳电极的预处理：将玻碳电极用0.5 μm的Al₂O₃抛光粉打磨，接着用去离子水冲洗电极表面，移入超声水浴中清洗，每次2~3 min，重复三次，然后依次用1:1乙醇、1:1 HNO₃和蒸馏水超声清洗；最后在0.2 M KNO₃中记录1 mM K₃Fe(CN)₆溶液的循环伏安曲线，以测试电极性能，扫描速度50 mV/s，扫描范围0.6~‑0.1 V；（2）将5 mg 所述金属掺杂W₁₈O₄₉电催化剂分散在990 μL的异丙醇和10 μL 5 wt% Nafion的混合溶液中，超声分散30 min，得到分散液；（3）取5 μL所述分散液滴于直径为3mm的玻碳电极上，室内风干；所述金属掺杂W₁₈O₄₉电催化剂通过以下制备方法获得：(1)、将WCl₆溶解在无水乙醇中，形成质量体积比为1~12 mg/mL的黄色清液；质量体积比大于等于1mg/mL且小于3 mg/mL时，所得W₁₈O₄₉呈纳米纤维，其比表面积为50~55 m² g^‑1；质量体积比大于等于3mg/mL且小于7 mg/mL时，所得W₁₈O₄₉呈纳米纤维束，其比表面积为70~75 m² g^‑1；质量体积比大于等于7mg/mL且小于12 mg/mL时，所得产物呈W₁₈O₄₉微球，其比表面积为155~165 m² g^‑1；黄色清液还掺入PdCl₂或MoCl₅化合物，掺入的金属与W的摩尔比为0.01~0.1:1；(2)、将所述黄色清液转移至具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，然后密封；(3)、将所述反应釜置于160~200℃的烘箱内加热20~30h，然后自然冷却至室温；(4)、再将所得反应液经离心后得到的产物，依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤；离心速度为9000 rpm，离心时间为15 min，用蒸馏水、无水乙醇洗涤的次数分别为3次；(5)、将所述洗涤后的产物置于真空干燥箱中干燥；真空干燥的温度为40~60 ℃，干燥12~24 h。