一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法与流程

本发明涉及制氢催化剂，具体为一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法。

背景技术：

1、为应对能源危机和环境恶化，发展绿色制氢技术已迫在眉睫。在制氢技术中，水电解析氢反应(her)更清洁、更高效。开发更优良、更稳定的反应电催化剂已成为人们关注的焦点。铂族金属是目前最优的her电催化剂。然而，高成本和地球资源的稀缺严重限制了其大规模应用。因此，人们致力于开发具有优异her性能的非贵金属电催化剂。

2、二硫化钼(mos2)的边缘位具有与pt相似的氢吸附自由能，是最有前途的非贵金属候选材料之一。然而，它的基面是催化her惰性的。此外，mos2类石墨烯结构主要有两种晶相，即普通2h相和s层位移得到的不稳定1t相。2h-mos2是半导体，而1t-mos2是金属。从氢吸附自由能来看，1t-mos2比2h-mos2具有更好的产氢性能。然而，由于1t-mos2的形成能较高，其稳定性非常差。因此，许多研究致力于提高二硫化钼的her活性。这些策略包括纳米结构、相位调整、缺陷工程和杂原子掺杂等。尽管mos2基电催化剂已经取得了很大的进展，但与pt基电催化剂相比仍有很大的差距。

3、近年来，具有类石墨烯框架结构的氮化碳(c3n4)因其半导体特性和层状结构而成为光催化和电催化领域的研究热点。因此，由于c3n4和mos2之间的强相互作用可能会形成有利于电荷转移的配位结构，并产生新的催化位点，因此，将c3n4嵌入mos2中构建类石墨烯异质结构是有望实现的。例如，zhao等发现mos2与c3n4通过原位合成形成的mon配位促进了mos2/c3n4界面上的电子转移，这是电催化氮还原反应的主要活性位点。li等制备的光催化剂，在mos2上生长g-c3n4，可以有效地分离和转移载体，大大提高可见光照射下光催化水的分解。

4、碳量子点(cqds)是一种环境友好、无毒的无机复合材料，其可以与其他活性组分产生有利于电子转移和催化剂导电性的配位结构。它已被应用于电化学反应中，性能显著提高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、多孔g-c3n4的合成；

4、s2、碳量子点制备；

5、s3、复合催化剂制备。

6、优选的，所述s1、多孔g-c3n4的合成的具体步骤如下：首先将15g的三聚氰胺加入到加热后的150ml蒸馏水中，待冷却后向溶液中缓慢加入15ml的37％hcl并搅拌30min，随后将混合溶液放入80℃的烘箱中干燥，干燥后的样品被称为三聚氰胺盐酸盐，随后将10g盐酸三聚氰胺置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5℃/min的加热速率在550℃下煅烧3h，得到多孔的g-c3n4样品，即为p-cn。

7、优选的，所述s2、碳量子点制备的具体步骤如下：将9.0g葡萄糖均匀地溶解于50ml去离子水中，再加入50ml氨水溶液，搅拌达到完全混合，然后将上述无色溶液在室温下进行120min超声处理，获得黄褐色溶液，随后通过加入37％的hcl溶液，使得黄褐色溶液的ph处于6.5-7.5之间，得到的溶液即为cqds溶液。

8、优选的，所述s3、复合催化剂制备的具体步骤如下：1)通过水热法将cqds溶液和p-cn复合，具体的说，在50ml去离子水中加入1.0g p-cn和25ml的cqds溶液，在室温下搅拌6h，之后，将混合溶液转移到一个100ml的特氟龙内衬不锈钢高压釜中，在180℃下反应8h，得到p-cn/cqds样品；2)将不同质量的p-cn/cqds与3mmol钼酸钠和3mmol硫代乙酰胺放入60ml去离子水中搅拌40min后倒入100ml特氟龙反应釜中在180℃下加热24h，待冷却至室温后将固体放入真空烘箱中以60℃烘干6h，即可得到催化剂，最后将干燥的催化剂用水和乙醇交替洗涤3次。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过将cqds负载在c3n4上与mos2复合，能够制备了一种新型异质结构催化剂，提升了mos2电催化her的性能。

技术特征：

1.一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述s1、多孔g-c3n4的合成的具体步骤如下：首先将15g的三聚氰胺加入到加热后的150ml蒸馏水中，待冷却后向溶液中缓慢加入15ml的37％hcl并搅拌30min，随后将混合溶液放入80℃的烘箱中干燥，干燥后的样品被称为三聚氰胺盐酸盐，随后将10g盐酸置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5℃/min的加热速率在550℃下煅烧3h，得到多孔的g-c3n4样品，即为p-cn。

3.根据权利要求1所述的一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述s2、碳量子点制备的具体步骤如下：将9.0g葡萄糖均匀地溶解于50ml去离子水中，再加入50ml氨水溶液，搅拌达到完全混合，然后将上述无色溶液在室温下进行120min超声处理，获得黄褐色溶液，随后通过加入37％的hcl溶液，使得黄褐色溶液的ph处于6.5-7.5之间，得到的溶液即为cqds溶液。

4.根据权利要求1所述的一种碳-氢联产中制氢催化剂的制备方法，其特征在于：所述s3、复合催化剂制备的具体步骤如下：1)通过水热法将cqds溶液和p-cn复合，具体地说，在50ml去离子水中加入1.0g p-cn和25ml的cqds溶液，在室温下搅拌6h，之后，将混合溶液转移到一个100ml的特氟龙内衬不锈钢高压釜中，在180℃下反应8h，得到p-cn/cqds样品；2)将不同质量的p-cn/cqds与3mmol钼酸钠和3mmol硫代乙酰胺放入60ml去离子水中搅拌40min后倒入100ml特氟龙反应釜中在180℃下加热24h，待冷却至室温后将固体放入真空烘箱中以60℃烘干6h，即可得到催化剂，最后将干燥的催化剂用水和乙醇交替洗涤3次。

技术总结本发明属于制氢催化剂技术领域，具体公开了一种碳‑氢联产中制氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：多孔g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;的合成的具体步骤如下：首先将15g的三聚氰胺加入到加热后的150ml蒸馏水中，待冷却后向溶液中缓慢加入15ml的37％HCl并搅拌30min，随后将混合溶液放入80℃的烘箱中干燥，干燥后的样品被称为三聚氰胺盐酸盐，随后将10g盐酸三聚氰胺置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5℃/min的加热速率在550℃下煅烧3h，得到多孔的g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;样品，即为p‑CN；本发明通过将CQDs负载在C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;上与MoS<subgt;2</subgt;复合，能够制备了一种新型异质结构催化剂，提升了MoS<subgt;2</subgt;电催化HER的性能。技术研发人员：裴占江,徐诚蛟,罗一飞,石洪影,孙秋君,史风梅,王粟,李鹏飞,李东玉受保护的技术使用者：黑龙江博能绿色能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11