[发明专利]一种用于酸性电解水制氢的低铂复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及解决目前酸性电解水析氢催化剂成本高、活性较低等问题，而提供的一种低贵金属担载的磷化物/石墨烯材料的制备方法，以氧化石墨为载体，利用聚乙烯亚胺修饰氧化石墨使其表面带正电荷，随后加入磷钼酸，经静电组装和水热处理获得磷钼酸/氧化石墨复合体，将磷钼酸/氧化石墨复合体进行高温磷化，冷却后洗涤得到磷化钼/石墨烯复合体，将获得的磷化钼/石墨烯复合体分散于氯铂酸溶液中，在氙灯照射条件下进行光照还原，最终获得低铂负载的磷化钼/石墨烯复合体。通过本方法制得的低铂负载的磷化钼/石墨烯材料具有纳米颗粒尺寸小、高分散的特点，并且展现出优异的酸性电解水析氢活性。

技术领域

本发明涉及一种低贵金属负载的复合材料的制备方法，特别是一种用于酸性电解水制氢的低铂复合材料的制备方法。

背景技术

氢气是一种绿色清洁的新型能源，具有代替传统的化石燃料的潜力。通过气体重整法和水溶液电解法获得氢气。与甲烷蒸汽重整制氢和碱性分解水制氢相比，酸性分解水制氢的转化效率更高(90％)、响应速度更快、制氢纯度更高，同时酸性电解池隔膜技术(质子交换膜)已经成熟并且质子交换膜已经大量生产应用，因此酸性分解水制氢在技术上是十分可行的。传统的贵金属(Pt)基酸性制氢催化剂的成本过高，稳定性相对不理想。因此开发酸性介质中廉价的高催化活性和稳定性的催化剂十分必要。过渡金属磷化物因为其电子结构，优异的导电性和在酸性条件下优良的稳定性等特点。在工业催化加氢还原，加氢异构化，电解水等领域有着广泛的应用。磷化物可用作贵金属助催化剂，提升贵金属催化性能。因为贵金属与磷化物结合时，由于电子转移和协同作用，其催化活性得以显著提升。催化剂的尺寸是影响其催化性能的一个非常重要的因素。选择合适的基底(如碳基底)有利于磷化物助催化剂的可控生长。但当前在碳基材料上生长合成尺寸可控、分散均匀的磷化物的合成方法较少并且制备过程相对复杂、繁琐。同时生长贵金属纳米粒子也存在因为还原不均匀而引起的粒子聚集，不利于性能发挥。探索新型有效的合成方法来实现磷化物的制备以及贵金属的负载对高效电解水制氢商业化应用具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明目的是为了解决现有酸性分解水制氢电催化剂的成本较高而活性较低的问题，而提供的一种用于酸性电解水制氢的低铂复合材料的制备方法。

本发明制备低铂负载的磷化钼/石墨烯复合体的方法按下列步骤实现：

步骤一，将将事先制备好的氧化石墨加入去离子水中搅拌形成均匀的分散液；

步骤二，将聚乙烯亚胺加入到氧化石墨分散液中，由于两者所带电荷不同相互吸引而相互结合得到聚乙烯亚胺与氧化石墨混悬液；

步骤三，将磷钼酸溶液在搅拌下加入到聚乙烯亚胺与氧化石墨混悬液中，由于静电吸引获得磷钼酸-聚乙烯亚胺-氧化石墨混悬液并继续搅拌以保证充分结合；

步骤四，将上述步骤得到的混悬液置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢制反应釜中进行水热，冷却后抽滤得到磷钼酸/氧化石墨复合材料；

步骤五，在得到的磷钼酸/氧化石墨复合体放入管式炉中，以次亚磷酸钠热分解的产生的磷化氢为磷源进行磷化煅烧，然后通过洗涤干燥即可得到磷化钼/石墨烯复合体；

步骤六，将上述步骤得到的复合体加入一定量的氯铂酸溶液和去离子水，在搅拌下使两者充分结合。获得氯铂酸和磷化钼/石墨烯混悬液；

步骤七，将上述步骤得到的混悬液在搅拌下用进行光还原，使氯铂酸在体系中均匀发生还原。随后进行离心，洗涤并烘干得到的低铂负载的磷化钼/石墨烯复合体。