一种含氧化钼基的复合催化剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于催化剂制备，具体涉及一种含氧化钼的复合催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能作为一种绿色能源，燃烧只产生水，可有效减少空气污染和气候变化，同时氢气具有高能量密度和可再生性的特点，可作为能源的存储介质。通过电解水制氢可将电能转化为氢能，在有需要的时候再将氢气转化为电能，实现能源的高效储存和利用。近年来，电解水制氢技术的发展为高效制备绿色氢能带来了更多可能。

2、然而，电解水制氢催化剂多采用贵金属铂基催化剂，其低稳定性和稀缺性极大限制了氢能在生活和生产领域的广泛应用。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电解水制氢催化剂多采用低稳定性和稀缺的铂基催化剂，从而提供了一种含氧化钼的复合催化剂及其制备方法和应用。

2、为此，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明提供了一种含氧化钼的复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)钼酸盐和配体混合，得到混合溶液；

5、(2)泡沫镍在所述混合溶液中浸泡，得到悬浊液；其中，所述浸泡的时间不低于1h；

6、(3)经水热反应和煅烧。

7、所述步骤(2)，所述浸泡的温度为10-60℃；

8、优选地，所述浸泡是在室温条件下进行的；

9、优选地，所述浸泡的时间为1-5h。

10、所述步骤(2)在浸泡的同时还包括震荡和/或搅拌的步骤；

11、优选地，所述震荡的频率为50-200rpm。

12、所述配体为含氧有机配体、含氮有机配体和含硫有机配体中的至少一种；

13、优选地，所述配体为羧甲基纤维素、甲基纤维素、聚乙烯醇、海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、尿酸、对苯二胺、对苯二甲酸、均苯三羧酸中的至少一种。

14、所述步骤(1)，所述混合溶液中配体的质量浓度为3-16g/l。

15、所述步骤(1)，所述混合溶液中钼酸盐的质量浓度为30-160g/l；

16、优选地，所述钼酸盐为四水合钼酸铵、钼酸铵和磷钼酸铵中的至少一种。

17、所述步骤(1)，所述钼酸盐和配体的质量比为(5-15):1。

18、所述水热反应的温度为100-180℃，时间为2-12h。

19、优选地，所述煅烧具体步骤包括：以4-10℃/min的升温速率升温至350-600℃煅烧0.5-8h；

20、优选地，所述煅烧的气氛中氢气的体积含量为4-10％。

21、在制备混合溶液时，对于原料的混合顺序没有特定要求，只要混合均匀即可。在制备混合溶液可以采用如下任一方法：

22、(1)将钼酸盐和配体溶于水中，得到澄清的混合溶液；

23、(2)将钼酸盐溶于水中，得到溶液1；再将配体溶于水中，得到溶液2；将溶液1和溶液2混合，得到澄清的混合溶液。

24、在制备复合催化剂时，加入配体，并将泡沫镍浸渍于混合溶液得到悬浊液，可以使泡沫镍溶出金属镍，并与钼酸根离子和配体表面原位生成镍钼配合物过渡层，使催化剂和泡沫镍基底之间的连接更加牢固。

25、本发明还提供了一种上述方法制得的含氧化钼的复合催化剂。

26、本发明还提供了一种上述方法制得的复合催化剂在电解水制氢中的应用。

27、本发明技术方案，具有如下优点：

28、1.本发明提供的含氧化钼的复合催化剂的制备方法，该制备方法包括(1)钼酸盐和配体混合，得到混合溶液；(2)泡沫镍在所述混合溶液中浸泡，得到悬浊液；其中，所述浸泡的时间不低于1h；(3)经水热反应和煅烧。该方法制得的复合催化剂成本低、稳定性好、活性高。该制备方法利用钼酸盐对泡沫镍的刻蚀作用，将泡沫镍浸渍在含有钼酸盐和配体的混合溶液中，使泡沫镍中的镍以离子的形式溶出，与钼酸根离子和配体在泡沫镍表面原位生长一层镍钼配合物过渡层，通过水热反应，在配合物过渡层上生长镍钼基催化剂前驱体，经煅烧后得到复合催化剂；配合物过渡层很好的连接了泡沫镍基底和催化剂，使催化剂牢牢锚定在泡沫镍基底上，从而提高了催化剂的稳定性和抗冲击能力，避免催化剂中的活性组分脱落。又由于催化剂中不含贵金属，原料成本大大降低。本发明在制备催化剂时，工艺简便，操作条件温和，得到的催化剂分布均匀，催化活性高、稳定性好，易于大批量生产。

29、此外，本发明在制备催化剂时，不需要额外添加镍源，也不需要加入铂基等贵金属。

30、2.本发明提供的含氧化钼的复合催化剂的制备方法，在室温条件下，将泡沫镍置于混合溶液中浸泡，并控制浸泡时间为1-5h，可以形成适当厚度的镍钼配合物过渡层，进一步保证催化剂层和基底的之间连接效果，可以有效防止基底过渡刻蚀、基底变脆易坏、影响催化剂后续制备等问题。

31、3.本发明提供的含氧化钼的复合催化剂，该复合催化剂形成是尖刀状结构催化剂层，其尺寸在1-3μm之间，具有成本低、稳定性好、活性高等优点。

技术特征：

1.一种含氧化钼的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)，所述浸泡的温度为10-60℃；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)在浸泡的同时还包括震荡和/或搅拌的步骤；

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述配体为含氧有机配体、含氮有机配体和含硫有机配体中的至少一种；

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，所述混合溶液中配体的质量浓度为3-16g/l。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，所述混合溶液中钼酸盐的质量浓度为30-160g/l；

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)，所述钼酸盐和配体的质量比为(5-15):1。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为100-180℃，时间为2-12h；

9.权利要求1-8任一项所述制备方法制得的含氧化钼的复合催化剂。

10.权利要求1-8任一项所述制备方法制得的复合催化剂在电解水制氢中的应用。

技术总结
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种含氧化钼的复合催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括(1)钼酸盐和配体混合，得到混合溶液；(2)泡沫镍在所述混合溶液中浸泡，得到悬浊液；其中，所述浸泡的时间不低于1h；(3)经水热反应和煅烧。该制备方法利用钼酸盐对泡沫镍的刻蚀作用，将泡沫镍浸渍在含有钼酸盐和配体的混合溶液中，使泡沫镍中的镍以离子的形式溶出，与钼酸根离子和配体在泡沫镍表面原位生长一层镍钼配合物过渡层，通过水热反应，在配合物过渡层上生长镍钼基催化剂前驱体，经煅烧后得到复合催化剂，使催化剂牢牢锚定在泡沫镍基底上，从而提高了催化剂的稳定性和抗冲击能力，避免催化剂中的活性组分脱落。

技术研发人员：孙立成,董桉瑞,林高鑫
受保护的技术使用者：浙江省白马湖实验室有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29