[发明专利]一种原子层沉积构筑的高效持久析氢镍基催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于析氢催化剂领域，公开了一种原子层沉积构筑的高效持久析氢镍基催化剂及其制备方法和应用。该催化剂包括MoS₂/Ni₃S₂/NF材料以及在MoS₂/Ni₃S₂/NF材料表面生长的二氧化钛层，MoS₂/Ni₃S₂/NF材料由泡沫镍、均匀生长在泡沫镍上的Ni₃S₂膜、均匀分布在Ni₃S₂膜表面上的MoS₂颗粒组成。Ni₃S₂膜和MoS₂颗粒在TiO₂层保护下不仅具有持久稳定的催化活性，而且引入的TiO₂层与催化活性物质Ni₃S₂和MoS₂有协同催化作用，能显著提高活性物质Ni₃S₂和MoS₂的催化活性。该发明制备的催化剂不仅结构新颖，构筑方法独特，而且表现出优异的持久稳定性和高催化活性。

技术领域

本发明属于析氢催化剂领域，特别涉及一种原子层沉积构筑的高效持久析氢镍基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

能源作为人类社会各种生产活动的基石，是人类社会发展和科技进步不可缺少的。然而，石油、煤炭等不可再生能源日益枯竭和环境污染问题日益严重。寻找一种储量丰富的可再生新能源迫在眉睫。氢能不仅燃烧热值高，而且燃烧产物无污染，还可循环利用。目前，氢能的主要来源是电解水，由电解水制备所得的氢气，纯度非常高，是工业化廉价制备氢气的重要手段。并且，水是地球上最丰富的自然资源；因此，电解水产氢具有巨大的发展潜力。但是，电解水析氢反应涉及多步质子耦合的电子转移过程，反应过电位较大、反应动力学缓慢、能耗高等问题，严重阻碍了电解水产氢的发展。

催化剂是有效降低反应过电位，加快反应动力学的重要策略，目前，电解水催化材料主要依赖于Pt、Pd等贵金属，其催化性能非常优异，但贵金属催化剂价格昂贵、比表面积小、稳定性差，从而限制了其在电催化制氢工业化中的应用。因此，研究并构筑成本低、效率高和稳定性优异的电解催化析氢材料，具有非常具有重要的现实意义。

近年来，过渡金属(铁，钴，镍，锰，钼，钨等)氧化物，氢氧化物，磷化物，硫化物等受到了科学家们的青睐，报道了一系列具有媲美贵金属析氢性能的催化剂材料；然而，与实际广泛应用还存在一系列问题，但可以通过改变催化剂的表面原子结构、表面组成、晶体结构、整体微观形貌等来进一步改善材料的催化性能和循环稳定性。目前，电解水所用电解液多为碱性溶液；因此，催化剂在碱性溶液中能否兼具高效性和稳定性是能否广泛应用的关键因素。然而，大多数过渡金属化合物在碱性电解液中，析氢催化活性良好，但其稳定性差，导致无法进一步商业化应用。为此，开发具有优异稳定性和高催化性能的析氢电催化剂仍具重要意义和巨大挑战。