[发明专利]用于水裂解中超高效析氢反应的基于三维多孔NiSe2泡沫的混合催化剂

说明书

混合三维(3D)析氢反应(HER)催化剂，其由以下形成：多孔Ni泡沫载体，位于载体上的NiSe₂支架；和位于NiSe₂支架上的层状过渡金属二硫属化物(LTMDC)或第一行过渡金属二硫属化物颗粒。在催化能力与Pt HER催化剂的相似的情况下，该催化剂提供低的起始电势、大的阴极电流密度、小的塔菲尔斜率和大的交换电流密度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年5月17日提交的标题为“Three-Dimensional PorousNiSe₂Foam-Based Hybrid Catalysts for Ultra-Efficient Hydrogen EvolutionReaction in Water Splitting”的美国临时专利申请序列号62/337,730的权益，其在此通过引用整体并入本文。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在美国国防威胁减少机构(United States Defense ThreateningReduction Agency，DTRA)授予的基金号FA 7000-13-10001的政府支持下完成的。美国政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

技术领域

本公开内容一般地涉及基于三维(3D)多孔NiSe₂泡沫的混合催化剂。

技术背景

随着化石燃料的消耗及其对环境的有害影响，需要生产清洁能源的方法。氢是用于可再生能源的理想载体，但是由于缺少比铂(Pt)便宜得多的强力催化剂而使H₂产生的效率低。因此，本领域认识到需要强力且耐久的、地球上丰富的、成本有效的催化剂，其非常适合用于通过析氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)由水裂解产生H₂。

发明内容

本文公开了高活性且耐久的地球上丰富的基于过渡金属二硫属化物的混合催化剂，其表现出接近现有技术的基于Pt的催化剂的性能的HER活性，并且在一些实施方案中还比基于过渡母体金属二硫属化物(例如，但不限于：MoS₂、WS₂、CoSe₂等)的那些催化剂更有效。本文所述的催化剂通过在3D自支撑多孔NiSe₂泡沫上生长三元MoS_2(1-x)Se_2x颗粒或WS_2(1-x)Se_2x而构建，使得在一些实施方案中具有比单独的MoS₂、MoSe₂或NiSe₂更好的催化活性，正如由计算所支持的。因此，本公开内容通过在多孔NiSe₂泡沫上生长具有与贵重Pt催化剂相当的优异催化活性的三元MoS_2(1-x)Se_2x或WS_2(1-x)Se_2x颗粒通过同时调节催化活性位点数、多孔结构、杂原子掺杂和电导率，提供了通向廉价、有效且相当大的析氢电极的新途径，表明了在大规模水裂解中的应用。