生物质碳管辅助MoS2析氢催化剂的制备方法及其应用与流程

本发明属于催化剂制备领域，涉及一种析氢催化剂的制备方法，具体地说，是一种生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

为了应对全球能源和环境危机，发展可再生能源技术已成为一种趋势。氢(h2)作为一种燃烧热值高的可再生环保能源，被广泛认为是未来化石能源的理想替代品，现有技术中氢燃料电池的迅速发展进一步强调了可持续生产氢的首要重要性。

而目前的工业生产中通过一种很有前景的制氢方法——电催化析氢反应(her)制备氢，该方法令氢离子在电催化剂(2h⁺+2e^-=h2)的催化作用下与电子结合生成h2。上述反应过程中需要应用催化剂，而目前常用的电催化剂为贵金属pt，由于金属pt具有最佳的h⁺吸附和解吸能力，因此金属pt作为电催化析氢反应的典型电催化材料而被工业生产应用。但金属pt属于贵重金属，利用金属pt作为工业催化应用具有成本高、自然资源有限的缺陷。因此，开发低成本、高活性的电催化析氢催化剂取代贵金属pt成为当务之急。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题，是要提供一种生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的制备方法，旨在以提供一种能够替代金属pt而应用于工业生产的电催化析氢反应中制备氢的电催化剂，以降低电催化析氢反应的成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的制备方法，该制备方法按照以下步骤顺序进行：

（1）生物质碳化

将洗干净的芹菜杆浸在2-10wt%的酸中2-6小时，去除k⁺等杂质；处理后的芹菜杆除去酸后，放入冷冻干燥机中干燥，将干燥好的芹菜置于管式炉中，在惰性气体的保护下，从室温匀速加热到500-900˚c，并保持2-5h，最终制备出生物质碳管基质a；

（2）生物质碳管辅助mos2的制备

将钼酸铵、硫脲和生物质碳管基质a的粉末溶于水中，搅拌2-5h形成均匀溶液，然后将均匀溶液转移到10ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，并保持在180-250˚c反应16-24h后，得到溶液b，然后用超纯水和醇将溶液b分别洗至少5次，去除无用离子，并在30-80℃下真空干燥24h，冷却至室温，最终得到生物质碳管辅助mos2。

作为对本发明中步骤（1）的限定：所述步骤（1）中所用的酸为2-10wt%硫酸、硝酸或盐酸中的一种。

作为对本发明中步骤（1）的另一种限定：所述步骤（1）中利用超纯水至少冲洗5次被酸浸泡的芹菜杆，进而实现去酸处理。

作为对本发明中步骤（1）的再另一种限定：所述步骤（1）中冷冻干燥机干燥后的芹菜杆含水量为5-10wt%。

作为对本发明中步骤（1）的最后一种限定：所述步骤（1）中采用的惰性气体为氮气；所述步骤（1）中匀速加热的速率为5˚c/min。

作为对本发明中步骤（2）的限定：所述步骤（2）加入的钼酸铵：硫脲：生物质碳管基质a的粉末质量比为1:2:1。

作为对本发明中步骤（2）的另一种限定：所述步骤（2）中所用的醇为甲醇，乙醇或异丙醇中的一种。

发明还提供了利用上述制备方法所制生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的一种应用，所述生物质碳管辅助mos2析氢催化剂应用于工业电催化析氢反应中作为催化剂制备氢。

本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

本发明的生物质碳管辅助mos2析氢催化剂利用芹菜杆作为原料制备生物质碳管，原料丰富成本低廉，且利用芹菜杆得到的生物质碳管比表面积大、导电性好，能够有效改善mos2自身导电性差，电子迁移慢的缺点，令mos2应用于电催化析氢反应时，催化性能更好，即能够加快析氢反应的进行，进而有利于氢能的大规模工业化生产。

综上所述，本发明制备方法操作简单、方便，成本低，易于大量制备所需的生物质碳管辅助mos2析氢催化剂，能够广泛应用于工业电催化析氢反应。

本发明下面将结合具体实施例作进一步详细说明。

附图说明

图1为实施例1中制备的生物质碳管辅助mos2催化剂的sem图像；

图2为生物质碳管辅助mos2析氢催化剂mos2：bctm质量比分别为1:2，1:1，2:1时，以及纯mos2、纯bctm、和pt/c20%的电化学析氢性能的线性扫描曲线。

具体实施方式

下述实施例中所用的试剂如无特殊说明均为现有市售试剂，试验方法如无特殊说明均采用现有的试验方法。

实施例1生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的制备方法

本实施中按照以下的步骤顺序进行：

（1）生物质碳化

将洗干净的芹菜杆浸在5wt%的酸中2.5小时，去除k⁺等杂质；然后利用超纯水对酸浸泡处理后的芹菜杆冲洗7次，除去芹菜杆上附着的酸后，将芹菜杆放入冷冻干燥机中干燥，干燥至含水量为7wt%即可。将干燥好的芹菜置于管式炉中，在氮气的保护下，从室温以5˚c/min的加热速度将芹菜杆匀速加热到760˚c，并保持2.8h，最终制备出生物质碳管基质a；

（2）生物质碳管辅助mos2的制备

将钼酸铵：硫脲：生物质碳管基质a的粉末按照质量比为1:2:1溶于水中，搅拌4.3h形成均匀溶液，然后将均匀溶液转移到10ml聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，并保持在250˚c反应18h后，得到溶液b，然后用超纯水和甲醇将溶液b分别洗5次，去除无用离子，并在30℃下真空干燥24h，最终得到生物质碳管辅助mos2。而所述生物质碳管辅助mos2的sem图像如图1所示，由图1可知，通过实施例1制备的生物质碳管辅助mos2具有管状的生物质碳，能够缩短传质路程，加快电子转移速度，进而加快电催化析氢的反应。

实施例2～8生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的制备方法

实施例2～8分别为一种生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的制备方法，所述制备方法与实施例1的制备方法相同，不同之处在于各步骤中所涉及到的反应条件、所用物质及用量有区别，具体见表1

表1

实施例9生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的应用

本实施例提供了一种利用实施例1～8中任意一种生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的制备方法所制得的生物质碳管辅助mos2析氢催化剂的应用，其用于工业电催化析氢反应中的催化剂制备氢。

实施例1～8中所得到的生物质碳管辅助mos2析氢催化剂中mos2：生物质碳化管基质a的质量比均为1:1，其应用于电催化析氢反应时，性能的线性扫描曲线如图2的a曲线所示，同时本实施例还按照实施例1～8的制备方法，通过改变步骤（2）中钼酸铵、硫脲和生物质碳管基质a的粉末的量，分别得到了mos2：生物质碳化管基质a的质量比为1:2、2:1的生物质碳管辅助mos2析氢催化剂。上述两种物质应用于电催化析氢反应时，其性能的线性扫描曲线分别如图2的b曲线、c曲线所示。为了具有对比性，本实施例还对未添加生物质碳管的纯mos2，以及金属pt、生物质碳化管基质a在应用于电催化析氢反应时的的性能线性扫描曲线分别进行了测试，具体分别如图2中的d曲线、e曲线、f曲线所示，由图2可知，纯mos2以及通过实施例1～8的制备方法制得的生物质碳管辅助mos2催化剂比纯mos2的电势均小，即均可作为催化剂应用于电催化析氢反应中，但其中mos2：生物质碳化管基质a的质量比为1：1时过电势最小性能最好，比纯mos2和纯生物质碳管析氢性能好很多，且与金属pt的性能最接近，因此mos2：生物质碳化管基质a的质量比为1：1时最适合应用于工业电催化析氢生产。