[发明专利]一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法，属于电解水催化技术领域。本发明首先利用静电纺丝法将金属前驱体、碳化物前驱体和超细纤维前驱体制备得到超细纤维膜，之后经过预氧化/非预氧化的方法和高温碳化的方式制备得到金属铂掺杂碳化物的电解水催化材料，本发明制备得到的金属铂掺杂碳化物的电解水催化材料结合了碳纤维的高导电性和碳化物与金属之间的协同作用，大大提高了其析氢催化活性以及稳定性，能够达到和商业化Pt/C电极几乎一致的效果，此外，采用静电纺丝进行制备，既简单又安全。

技术领域

本发明涉及一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法，属于电解水催化技术领域。

背景技术

在新能源发展中，氢气由于其具有零排放，来源丰富的特点而备受研究者喜爱。在众多产氢方法中，电解水制氢被认为是一种高效、便捷和最有前途的制备方法。在电解水制氢过程中，主要有两个基本的半反应：阴极析氢反应和阳极析氧反应。由于反应具有较大的动力学阻碍，所以这两个反应都需借助催化剂来完成。迄今为止，铂金属催化剂在电解水析氢方面的催化性能最优异，然而因其价格昂贵且在地球的储存量低，大大限制了它的应用。电解水制氢领域的研究者一直在找寻低成本、高性能、高稳定性的催化材料。

纳米碳纤维是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米碳材料，因其具有高强度、高导电性以及较好的导热性而被应用于燃料电池电极、电容电极材料、重金属检测等领域；此外，纳米碳纤维还由于其制备简单、比表面积大、耐酸耐碱以及导电性好的优点，使得其被广泛应用于催化领域。

碳化物，尤其是金属碳化物具有较好的稳定性与较强的耐腐蚀性，但其催化活性较差，当在金属碳化物中引入其他的一些金属元素，如：Ni、Co等元素，形成金属掺杂的碳化物，这时碳化物的催化性能大大提高，但是目前关于金属掺杂碳化物用于电解水催化的相关研究还相对较少。

目前金属掺杂碳化物的制备方法主要有：模板法、水热法、电沉积法等。这些制备方法相对来说较为繁琐，有些方法所需条件较为苛刻，所制备的金属掺杂碳化物存在分散不均匀，尺寸较大且不均一，协同催化效果不明显等问题。

需要寻找一种简单的、反应温度温和的制备金属掺杂碳化物的电解水催化材料的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料及其制备方法，该方法工艺简单、成本较为低廉，制备的铂掺杂碳化物的催化剂中得铂掺杂碳化物得分散性好、颗粒尺寸小，制备得到催化剂得催化活性较高。

具体的，本发明提供的技术方案为：一种铂掺杂碳化物的电解水催化材料的制备方法，所述方法包括：

(1)将超细纤维前驱体用溶剂配成质量浓度为5～15％的纺丝液，将金属铂的前驱体和碳化物的前驱体溶解于纺丝液中，两者质量比为1:2～5，然后采用静电纺丝法将纺丝液制备成超细纤维膜；

(2)将超细纤维膜进行煅烧，首先在200～280℃下，在空气中预氧化保温1～3h，或在惰性气体中无预氧化保温1～3h，保温结束后，在惰性气氛下，之后升温至800～1200℃，保温3～6h，最后在惰性气体保护下冷却至室温，即得制备得到铂掺杂碳化物的电解水催化材料，其中，金属铂的负载量为1～5wt％。

在本发明的一种实施方式中，所述超细纤维前驱体为聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述金属铂的前驱体为氯铂酸、氯化铂、乙酰丙酮铂中的一种或几种。

在本发明的一种实施方式中，所述碳化物的前驱体为磷钼酸、磷钨酸、偏钨酸铵、羰基钼中的一种。

在本发明的一种实施方式中，所述溶剂为二甲基甲酰胺、乙醇或水中的任一种。