一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法及其应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110368969A(43)申请公布日2019.10.25(21)申请号201910770645.6(22)申请日2019.08.20(71)申请人南昌航空大学地址330000江西省南昌市丰和南大道696号(72)发明人黄军同胡智辉章雷李喜宝熊庆明冯志军陈智(74)专利代理机构南昌洪达专利事务所36111代理人黄文亮(51)Int.Cl.B01J27/22(2006.01)B01J35/06(2006.01)B01J27/24(2006.01)C25B1/04(2006.01)C25B11/06(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法及其应用(57)摘要本发明公开了一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法及其应用；其制备方法为将钼源、炭黑、无机盐以及其他掺杂原料混合均匀后，并将过渡金属硝酸盐处理后的碳纤维纸或碳纤维布以及混合后的原料一同装入石墨坩埚，放在管式炉中，在惰性气体中于800～1100℃低温条件下通过熔盐法进行合成，用蒸馏水清洗残余熔盐，即获得本发明在碳纤维纸或碳纤维布上负载杂原子掺杂合成碳化钼析氢催化剂。该方法制备的高性能、低成本的析氢催化剂在酸性条件下，能够在保持良好稳定性的同时，拥有接近商业20％Pt/C催化剂的优异性能。本发明提出的合成方法具有流程简单、经济合理、环境友好、形貌结构可控、易于大规模生产等优点。CN110368969ACN110368969A权利要求书1/2页1.一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：原料组分按重量百分数计为：钼源30～90wt％，碳源10～70wt％，次亚磷酸钠0～20wt％，硫单质0～20wt％，氮源0～20wt％，过渡金属粉0～10wt％，过渡金属硝酸盐化合物0～25％，氯铂酸0～5wt％；所述方法包括以下步骤，(1)先称取碳纤维纸或碳纤维布的质量，然后用酒精、0.1mol/L的硫酸、蒸馏水分别超声10min，随后100℃干燥2h；(2)将0～25wt％的过渡金属硝酸盐化合物配置成质量分数为1～60wt％的过渡金属硝酸盐水溶液；(3)再将经步骤(1)处理后的碳纤维纸或碳纤维布放入在配置好的过渡金属硝酸盐水溶液中，浸泡0-72h，然后80℃干燥1～5h；(4)称取好钼源、炭黑、过渡金属粉、硫单质、氮源、氯铂酸以及无机盐并混合均匀，将经步骤(3)处理好的碳纤维纸或碳纤维布放置在石墨坩埚底部，并将混合好的粉体装入石墨坩埚；(5)将石墨坩埚放入在管式炉中，在惰性气体气氛下，采用程序升温法，室温～600℃，升温速率5～10℃/min，600℃～目标反应温度，升温速率1～5℃/min，然后在目标反应温度下保温3～10h，随炉冷却到室温取出；(6)用蒸馏水清洗残余熔盐，并多次清洗获得的析氢催化剂，直至表面残余熔盐全部去除，然后在100℃干燥3h；(7)称取总质量0～20wt％的次亚磷酸钠，并将(6)处理后的析氢催化剂一块放入管式炉中，在惰性气体气氛下，采用1～10℃/min的升温速率，在300～500℃下，保温0-5h；(8)将经步骤(6)或步骤(7)处理后的析氢催化剂用铜线连接，并用于酸性条件下电解水析氢。2.根据权利要求1所述的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述钼源为Mo粉或MoO3粉。3.根据权利要求1所述的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述碳源为碳纤维纸或碳纤维布和炭黑。4.根据权利要求1所述的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述氮源为C3N4、CH4N2O中的一种。5.根据权利要求1所述的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述过渡金属粉为镍粉、铁粉、钴粉中的一种或者两种及以上。6.根据权利要求1所述的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述的过渡金属硝酸盐化合物为硝酸镍、硝酸铁、硝酸钴中的一种或者两种及以上。7.根据权利要求1所述的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述无机盐为氯化钠、氯化钾的一种或者两种，其质量为所有组分总质量的5～30倍。8.根据权利要求1所述的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳化钼析氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述目标反应温度为800～1100℃。9.如权利要求1至8任一所述制备方法制得的一种在碳纸或碳布上负载杂原子掺杂碳2CN110368969A权利要求书2/2页化钼析氢催化剂在电解水制氢中的应用。3CN110