一种高效析氢催化剂及其制备方法

本发明涉及析氢催化剂，具体为一种高效析氢催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着能源危机和环境污染日益严重，寻找高效、环保的能源转化和存储技术已成为全球关注的焦点。水电解技术作为一种绿色、可再生的能源转化方式备受瞩目，而在现有技术中进行析氢时需要使用到析氢催化剂，析氢催化剂通过降低反应的活化能，加速氢气的生成反应。在电化学析氢过程中，催化剂促进水分子的解离和氢气的吸附/脱附，提高反应速率和效率，常用的析氢催化剂包括贵金属(如铂、钯等)；理想的析氢催化剂应具有高的催化活性、低的过电位、良好的稳定性和耐久性，以及对环境友好等特点；

2、然而在现有技术中的析氢过程通常需要昂贵的贵金属催化剂，限制了其广泛应用。因此，开发一种廉价、高效的非贵金属析氢催化剂具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高效析氢催化剂及其制备方法，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：一种高效析氢催化剂，包括以下成分，其特征在于：有x元素、y元素、z元素，所述x元素为过渡金属化合物，所述y元素为氮化物，z元素为富含碳、氧、氮的元素物质，制备时通过将x元素、y元素、z元素进行组合反应，即可得到成本低廉的高效析氢催化剂。

3、优选的，所述x元素为过渡金属化合物为铁，钴，锂，铜，钼的无机化合物盐，所述y元素为氮化物为尿素，所述z元素为富含碳、氧、氮的元素物质为壳聚糖。

4、一种高效析氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：

5、第一步骤：前驱体制备：称取原料：称取一定量的尿素、过渡金属化合物和壳聚糖，混合研磨：先将尿素、过渡金属化合物放入研钵中，充分研磨使其混合均匀；随后将壳聚糖加入其中并继续碾磨使其充分螯合；

6、第二步骤：样品制备：将第一步骤所制备的前驱体均匀地放置在洁净的石英舟中，随后将装有前驱体的石英舟放入管式炉中，进行加热；

7、第三步骤：催化剂制备：设定升温程序，使得管式炉以较为缓慢且稳定的升温速率进行升温，并保持温度一段时间，使得制备反应在高温下快速进行，等待时间达到后，缓慢降温，并最终将产物转移研钵中，再次进行研磨，直至将其成粉末状，这样就得到了最终的催化剂产品

8、优选的，所述第一步骤中称取原料的比例为尿素、壳聚糖和过渡金属化合物的质量比为20:2:1。

9、优选的，所述第二步骤中将第一步骤所制备的前驱体均匀地放置在洁净的石英舟中时，应当确保前驱体分布较为平整，避免堆积或有空隙。

10、优选的，所述第二步骤中将装有前驱体的石英舟放入管式炉中时，预先通好氮气在管式炉中，以确保炉内氮气氛围稳定，方便后续的加热制备工作。

11、优选的，所述第三步骤的升温程序为，以3℃-10℃/min的升温速度开始升温，先升温到350℃，在这个温度下保持一段30分钟，使反应进行一会；

12、然后继续以同样的升温速度升温到800℃，到达800℃后保持2小时，让反应充分进行，以形成所需的过渡金属化合物催化剂；在这一过程中，要密切关注温度的变化和管式炉的运行状态，确保温度稳定：

13、2小时后，再以3℃-10℃/min的降温速度缓慢地将温度降低到室温左右，(避免温度骤降对催化剂结构造成不良影响)来制备催化剂。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1、本发明采用廉价、丰富的非贵金属作为主要组成成分，成本低廉。极大地提高了析氢活性和稳定性，可在中性或碱性条件下高效催化水分子析出氢气。制备方法简便，适用于工业化生产，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种高效析氢催化剂及其制备方法，包括以下成分，其特征在于：有x元素、y元素、z元素，所述x元素为过渡金属化合物，所述y元素为氮化物，z元素为富含碳、氧、氮的元素物质，制备时通过将x元素、y元素、z元素进行组合反应，即可得到成本低廉的高效析氢催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种高效析氢催化剂及其制备方法，其特征在于：所述x元素为过渡金属化合物为铁，钴，锂，铜，钼的无机化合物盐，所述y元素为氮化物为尿素，所述z元素为富含碳、氧、氮的元素物质为壳聚糖。

3.根据权利要求1-2所述的一种高效析氢催化剂的制备方法，包括以下步骤：其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种高效析氢催化剂及其制备方法，其特征在于：所述第一步骤中称取原料的比例为尿素、壳聚糖和过渡金属化合物的质量比为20:2:1。

5.根据权利要求3所述的一种高效析氢催化剂及其制备方法，其特征在于：所述第二步骤中将第一步骤所制备的前驱体均匀地放置在洁净的石英舟中时，应当确保前驱体分布较为平整，避免堆积或有空隙。

6.根据权利要求3所述的一种高效析氢催化剂及其制备方法，其特征在于：所述第二步骤中将装有前驱体的石英舟放入管式炉中时，预先通好氮气在管式炉中，以确保炉内氮气氛围稳定，方便后续的加热制备工作。

7.根据权利要求3所述的一种高效析氢催化剂及其制备方法，其特征在于：所述第三步骤的升温程序为，以3℃-10℃/min的升温速度开始升温，先升温到350℃，在这个温度下保持一段30分钟，使反应进行一会；

技术总结本发明公开了一种高效析氢催化剂及其制备方法，包括以下成分，有X元素、Y元素、Z元素，所述X元素为过渡金属化合物，所述Y元素为氮化物，Z元素为富含碳、氧、氮的元素物质，制备时通过将X元素、Y元素、Z元素进行组合反应，即可得到成本低廉的高效析氢催化剂。本发明采用廉价、丰富的非贵金属作为主要组成成分，成本低廉,极大地提高了析氢活性和稳定性，可在中性或碱性条件下高效催化水分子析出氢气,制备方法简便，适用于工业化生产，具有良好的应用前景。技术研发人员：玉威旺,赵敏,王盛聪,何珺受保护的技术使用者：河北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2