一种蚕丝碳基柔性电催化析氢用催化剂制备方法与应用

本发明涉及析氢反应的催化剂，具体涉及一种蚕丝碳基柔性电催化析氢用催化剂制备方法与应用。

背景技术：

1、随着工业的发展，现代社会对能源的需求量越来越大。然而，作为最主要的能源材料，化石燃料不可再生，且易造成环境污染，因此需要开发新的能源以应对人类社会需求。氢能源作为一种二次能源，具有绿色环保，能量密度高，来源丰富等优点。her(析氢反应)是利用电化学的方法电解水产生氢气的反应，是产氢的一种简便方法，受到广泛的关注。pt/c催化剂拥有高催化析氢活性和优异的稳定性，但其价格昂贵(yan j,li l,ji y,etal.nitrogen-promoted molybdenum dioxide nanosheets for electrochemicalhydrogen generation[j].journal of materials chemistry a,2018,6(26):12532-40.)，因此需要开发新的电化学析氢反应催化剂。

技术实现思路

1、第一方面，本发明提供了一种以碳化蚕丝为载体的柔性电催化析氢用催化剂。mo2c和moo3都具有her活性，本发明将钼酸盐均匀负载于脱胶丝绸表面，经碳热还原生成表面负载有含mo2c和moo3纳米颗粒的具备优异her催化活性的柔性电极材料。

2、除特殊说明外，本发明所述份数均为重量份，所述百分比均为质量百分比。

3、为实现上述目的，本发明的技术方案为：

4、一种以碳化蚕丝为载体的柔性电催化析氢用催化剂，其特征在于，将钼酸盐均匀负载于脱胶丝绸表面，经碳热还原制得。

5、根据本发明的一个实施方案，所述钼酸盐选自钼酸钠或钼酸铵。

6、根据本发明的一个实施方案，所述钼酸盐为钼酸钠，所述钼酸钠的浓度不大于1m，大于0m且小于等于1m；优选的，所述钼酸钠的浓度为不大于0.5m，大于0m且小于等于0.5m，比如大于0m且小于等于0.05m，大于等于0.05m小于等于0.5m。

7、根据本发明的一个实施方案，所述钼酸盐为钼酸铵，所述钼酸铵的浓度为不大于0.34m，大于0m且小于等于0.34m；优选的，所述钼酸铵的浓度为不大于0.24m，大于0m且小于等于0.24m，比如大于0m且小于等于0.08m，大于等于0.08m小于等于0.24m。

8、根据本发明的一个实施方案，所述碳热还原的温度为800-1200℃。进一步，所述碳热还原的温度为850-1050℃。

9、根据本发明的一个实施方案，所述脱胶丝绸为蚕丝布在碳酸钠水溶液中煮沸脱胶制得。

10、第二方面，上述以碳化蚕丝为载体的柔性电催化析氢用催化剂的制备方法，包括如下步骤：

11、(1)脱胶

12、将蚕丝布裁剪为宽约1.5cm、长约5cm的条状，配置0.5％wt的碳酸钠水溶液，按蚕丝布与0.5％wt碳酸钠1：50的比例进行配比；待溶液沸腾后加入蚕丝布处理30min以去除杂质，期间要不断搅拌；完成后用去离子水搓洗3次；再重复脱胶3次；完成后将蚕丝布放入装有去离子水和搅拌子的烧杯中浸洗30min，重复上述步骤3次，最后将蚕丝布捞出晾干。

13、(2)负载钼酸盐

14、配置0m，0.05m和0.5m的钼酸盐溶液，使蚕丝布能完全淹没于钼酸盐溶液中，在放置于设置为60rpm、25℃的摇床中6h，最后取出晾干。

15、(3)碳化·

16、先从30℃加热至150℃保持120min除去水分，然后加热至350℃并保持180min；之后，以2℃·min-1的速率将温度从350℃升高到800-1200℃并保持120min，整个碳化过程在氮气流速为100-150cm3·min-1的氮气气氛下进行；碳化完成后将样品用去离子水轻柔的洗涤得到以碳化蚕丝为载体的柔性电催化析氢用催化剂。

17、第三方面，本发明提供上述催化剂在电催化析氢反应中的应用。

18、有益效果：

19、本发明提供一种以碳化蚕丝为载体的柔性电催化析氢用催化剂及其制备方法和应用。一般来说，在高温碳化的过程里，丝绸会变硬发脆。让人意外的是，本发明将钼酸盐均匀负载于脱胶丝绸表面，经碳热还原得到的表面负载有纳米颗粒的碳化丝绸材料是具备优异her催化活性的柔性电极材料。该电极材料具备更好的形状自由度，能够适应更多反应环境及设计(如三角、圆形、梯形等异形结构)具有高密度催化位点的电极材料。通过碳化处理负载钼酸钠的丝素织物获得了含有大量mo2c纳米颗粒的丝素基柔性析氢电极，可用于her催化电极。通过增加钼酸钠浓度以及升高碳化温度可增加mo2c的含量，并且可使产物具有更大的比表面积及更高的石墨化程度，这些因素可以协同促进her催化性能。csm-1050-0.5具有显著的her催化性能，电流密度为10ma·cm-2时的过电位(η10)在酸性和碱性条件下的数值分别为169.05±15.26和212.88±6.43mv。由于含有大量稳定的mo2c和耐腐蚀的碳基材，csm-1050-0.5无论是在酸性还是碱性条件下都具有极好的稳定性和耐久性。并且细胞实验证明csm-1050-0.5无明显细胞毒性，对人体无害，适合大规模运用于her。使用钼酸铵制备的蚕丝碳基柔性电催化析氢用催化剂同样具有良好的柔韧性和导电性能，也可用于制备高催化析氢的电极材料。

技术特征：

1.一种以碳化蚕丝为载体的柔性电催化析氢用催化剂，其特征在于，将钼酸盐均匀负载于脱胶丝绸表面，经碳热还原制得。

2.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，所述钼酸盐选自钼酸钠或钼酸铵。

3.如权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述钼酸盐为钼酸钠，所述钼酸钠的浓度为不大于1m。

4.如权利要求3所述的催化剂，其特征在于，所述钼酸钠的浓度大于0m且小于等于0.5m。

5.如权利要求2所述的催化剂，其特征在于，所述钼酸盐为钼酸铵，所述钼酸铵的浓度为不大于0.34m。

6.如权利要求5所述的催化剂，其特征在于，所述钼酸铵的浓度为大于0m且小于等于0.24m。

7.如权利要求1-6任一项所述的催化剂，其特征在于，所述碳热还原的温度为800-1200℃。

8.如权利要求1所述的催化剂，其特征在于，将钼酸盐均匀负载于脱胶丝绸表面，经碳热还原制得；所述钼酸盐选自钼酸钠或钼酸铵；所述钼酸盐为钼酸钠时，钼酸钠的浓度为不大于0.5m；所述钼酸盐为钼酸铵时，钼酸铵的浓度为不大于0.5m；所述碳热还原的温度为850-1050℃；所述脱胶丝绸为蚕丝布在碳酸钠水溶液中煮沸脱胶制得。

9.如权利要求1-8任一项所述催化剂的制备方法，包括如下步骤：

10.如权利要求1-8任一项所述催化剂在催化析氢反应中的应用。

技术总结本发明提供一种蚕丝碳基柔性电催化析氢用催化剂及其制备方法和应用。本发明将钼酸盐均匀负载于脱胶丝绸表面，经碳热还原生成表面负载有含Mo<subgt;2</subgt;C和MoO<subgt;3</subgt;纳米颗粒的具备优异HER催化活性的柔性电极材料。该电极材料具备更好的形状自由度，能够适应更多反应环境及设计（如三角、圆形、梯形等异性结构）具有高密度催化位点的电极材料。技术研发人员：张小宁,吴佳龙,鞠富丞受保护的技术使用者：西南大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17