[发明专利]一种催化剂材料、制备方法和应用

说明书

本发明提供一种催化剂材料、制备方法和应用，涉及电池技术领域。其中，材料为空心结构的过渡金属硫化物。该材料属于空心结构，比表面积大，用作燃料电池的催化剂可以提高催化反应的效率，加快离子传输，该催化剂能有效的降低电解水的析氢电位和塔菲尔曲线的斜率，催化性能优良。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种催化剂材料、制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着化石燃料的不断消耗和全球环境问题的日趋严重，可替代传统化石燃料的新能源引起了广泛的关注。燃料电池具有高功率、高效率、零排放以及能有效的将化学能转化为电能等优点成为关注的焦点。其中，燃料电池利用的是氢能，由于氢能高效、无污染，可以将水分解出氢气和氧气，都是非常好的新能源。早在1789年，就提出了电解水的概念，至今它已经被广泛的研究和应用。该方法具有较高的效率和灵活性，在阳极则通过氧化水形成氧气，在阴极能够产生高纯度的氢气，氢气生成量大约是氧气的两倍，电解水被认为是取代蒸汽重整制氢的下一代制备氢燃料方法。但是其中一个难题就是如何降低其析氢过电位？研究发现催化剂通常能使电解水的活化能大大降低，从而降低电解水的过电势。催化剂的优劣决定了电解水所需要的总电压以及电能转换为氢能的转化效率。

目前，应用的比较多的是Pt/C催化剂和过渡金属硫化物催化剂，其中，Pt/C催化积极具有非常低的析氢过电位，以及非常小的塔菲尔斜率，是比较理想的催化剂。但是，铂(Pt)贵金属资源稀缺，不能实现大规模的使用，从而制约氢能源的发展和使用。过渡金属硫化物催化剂虽然资源丰富，但是目前使用的过渡金属硫化物多采用实心颗粒，实心颗粒不仅造成浪费，而且由于比表面积小在进行催化反应时，电子和离子传输距离远，测试得到的析氢电位和塔菲尔曲线的斜率高，催化性能较差。

发明内容

本发明提供一种催化剂材料、制备方法和应用，旨在解决现有的催化剂Pt/C中使用的金属铂资源短缺，不能实现大规模的使用，从而会制约氢能源发展的问题，以及金属硫化物催化剂采用实心颗粒不仅造成浪费，而且催化性能差的问题。

本发明提供一种催化剂材料，该材料为空心结构的过渡金属硫化物。

本发明提供的一种催化剂材料的制备方法，包括：

按照摩尔比1～2：1～2将葡萄糖和铜盐置于溶剂中，并在60～100℃的条件下反应，得到黄色生成物；

按照质量比1：0.3～1取所述黄色生成物和过渡金属盐配成溶液，加入氧化剂，得到氢氧化物的沉淀物；

按质量比1：3～7取所述沉淀物与硫化物氧化剂混合配置成溶液，并在水热釜140～180℃反应4～10小时，过滤，得到空心结构的过渡金属硫化物材料。

本发明提供的一种催化剂材料、制备方法和应用，由于过渡金属硫化物催化剂属于空心结构，比表面积大，用作燃料电池的催化剂可以提高催化反应的效率，加快离子传输，该催化剂能有效的降低电解水的析氢电位和塔菲尔曲线的斜率，催化性能优良。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1是本发明实施例1制备得到的硫化镍钴材料的扫描电镜图；

图2是本发明实施例1制备得到的硫化镍钴材料的另一扫描电镜图；

图3是本发明实施例2制备得到的硫化镍钴/钯材料的透射电镜图；

图4是本发明实施例2制备得到的硫化镍钴/钯材料的另一透射电镜图；

图5是本发明实施例1～2制备得到的硫化镍钴催化剂、硫化镍钴/钯催化剂和商用铂碳催化剂进行电化学测试得到的测试图；