[发明专利]一种POMs-C复合材料、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种POMs‑C复合材料、制备方法和应用。本发明的POMs‑C复合材料的制备方法如下：首先称取Fe‑Anderson多酸母体，加入去离子水搅拌至溶解，再加入Tris‑NH₂加热反应，反应结束后，将反应体系置于室温下，加入TBAB搅拌，有固体析出，最后抽滤，得到单侧修饰的不对称杂多酸POMs；然后将单侧修饰的不对称杂多酸POMs与压力树脂粉混合均匀，再加入压力固化剂，在室温下放置晾干，最后惰性气氛下煅烧，制备得到POMs‑C复合材料。本发明的制备方法简单，原料成本较低；得到的复合材料析氢效果良好，有望在电催化析氢材料的设计中开辟一个新的视角。

技术领域

本发明涉及氢能源技术领域，具体的说，涉及一种POMs-C复合材料、制备方法和应用。

背景技术

能源和环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。目前全球80％的能量需求来源于化石燃料,这最终必将导致化石燃料的枯竭,而其使用也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步转向利用可持续发展无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一也是重的化工原料,受到世界各国广泛的重视。电解水制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。电解水制氢具有简便、污染小、产品纯度高等优点，但是它的析氢反应(2H⁺+2e→H₂或2H₂O+2e→H₂+2OH^-)存在较严重的阴极极化，导致较高的制氢成本，不适合大规模应用。近年发展起来的电催化析氢(Electrocatalytic Hydrogen EvolutionReaction，HER)被认为是极具应用前景的绿色制氢技术。这种制氢技术在催化剂的作用下，可以大幅度降低析氢过电位，具有能耗低、效率高、环境友好等优点。基于Pt、Pd等贵金属的催化剂不仅起始过电位低，而且活性和稳定性都很好，是目前析氢性能最好的催化剂。但是这些贵金属价格昂贵，不利于实际应用。

非贵金属析氢催化剂主要有基于Mo、W、Fe、Co、Ni等过渡金属的磷化物、硫化物以及它们的合金等。由于Mo和W在地壳中的含量(约0.00011％)远低于Fe(6.8％)、Co(0.003％)、Ni(0.0089％)的含量，因此，发展基于Fe、Co、Ni的电催化析氢催化剂更有利于电催化析氢技术的大规模产业化。近年基于Fe、Co、Ni的电催化析氢催化剂得到了大力发展，制备了不少性能优异的催化剂，对电催化析氢技术的产业化起到了很好的推动作用。这些催化剂主要包括Fe、Co、Ni的合金、磷化物、硫化物等，

R.B.Levy和M.Boudart已经发现，碳化物拥有类似Pt的催化性质，这主要是因为它有类似Pt的d带电子态，基于这项发现，碳化钨的应用范围也从非均相催化(醇分解和活化氧)扩展到燃料电池电解、电解剂等。碳化物的特殊结构，决定了其在HER上拥有良好的性能，因此，以碳化物为基体的催化剂也正逐渐应用于这些新的领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单，原料成本较低，析氢效果良好的新型POMs-C复合材料、制备方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种POMs-C复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备单侧修饰的不对称杂多酸POMs：称取Fe-Anderson多酸母体，加入去离子水搅拌至溶解，再加入Tris-NH₂加热反应，反应结束后，将反应体系置于室温下，加入TBAB搅拌，有固体析出，最后抽滤，得到单侧修饰的不对称杂多酸POMs；

(2)制备POMs-C复合材料：将步骤(1)得到的单侧修饰的不对称杂多酸POMs与压力树脂粉按比例混合均匀，再加入压力固化剂，在室温下放置晾干；最后在惰性气氛下煅烧，获得POMs-C复合材料。

本发明中，步骤(1)中，加热反应温度为70℃～100℃。