[发明专利]二硫化钼在电解分离氢同位素中的应用

说明书

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种二硫化钼在电解分离氢同位素中的应用，所述二硫化钼的结构为纳米花状，所述二硫化钼的比表面积为20.8～97.7m²/g。本发明以纳米花状的二硫化钼用于电解氢同位素分离，纳米花状的二硫化钼具有较大的比表面积，且暴露了大量的边缘活性点位，在用于电解分离氢同位素时，具有较低的析氢过电位；同时，因为二硫化钼活性点位与氢同位素H、D、T的结合能差异较大，因此，当二硫化钼用于电解氢同位素分离，具有较强的选择性(氢氘分离因子)。实施例的数据表明，二硫化钼用于电解氢同位素分离的氢氘分离因子为8.55～10.22。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及二硫化钼在电解分离氢同位素中的应用。

背景技术

氢同位素在现代能源体系和核工业等领域中拥有广泛应用。例如，氘在医疗、地质化学研究、照明、同位素示踪、中子散射、质子核磁共振波谱和核反应堆等方面有着大量的应用。然而，氘的自然丰度低至0.015％，氚仅为10^-18％。为满足全球对重氢同位素日益增长的需求，迫切需要开发出从氢同位素中提取重氢同位素的高效分离技术。

为实现快速、低能耗及高效氢同位素分离，国内外发展了诸如热扩散法、低温精馏法、离心法、色谱法、联合电解催化交换法、化学交换法、热循环吸附法、激光法等氢同位素分离方法。然而，由于氢同位素的物理化学性质极为相似，重同位素丰度低，要达到所需的分离程度，这些技术通常设备复杂、投资成本高、能源消耗大、操作条件恶劣。

电解法分离氢同位素是一种更有效的分离方法。它利用电催化析氢反应中氢同位素的动力学差异，不仅能产生较高的分离因子，而且能在温和的条件下实现相转化。虽然，低碳钢、镍、铂已被用作电解氢同位素分离的催化剂，但其活性或分离因子不理想，铂虽然过电位较低，但其氢氘分离因子仅为5-6，镍的氢氘分离因子为6-7，低碳钢分离因子稍高(约为8)，但其在电流密度达到10mA/cm²所需过电位高达400mV以上。因此，迫切需要开发同时具有高活性(所需过电位低)和高选择性(氢氘分离因子高)的催化剂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供二硫化钼在电解分离氢同位素中的应用，本发明将二硫化钼用于电解分离氢同位素，具有较低的析氢过电位，同时，具有较高的选择性。

本发明提供了二硫化钼在电解分离氢同位素中的应用，所述二硫化钼的结构为纳米花状，所述二硫化钼的比表面积为20.8～97.7m²/g。

优选地，所述二硫化钼的制备方法，包括以下步骤：

将钼源和硫源混合，进行水热反应，得到所述二硫化钼；所述水热反应的温度为140～200℃，时间为18～24h。

本发明还提供了一种修饰电极，所述修饰电极包括玻碳电极基体和负载在所述玻碳电极基体表面的二硫化钼，所述二硫化钼为权利要求1所述的二硫化钼。

优选地，所述玻碳电极基体上二硫化钼的负载量为0.2～0.6mg/cm²。

本发明还提供了上述所述修饰电极的制备方法，包括以下步骤：

将二硫化钼、Nafion溶液和极性溶剂混合，得到分散液；

将所述分散液涂覆于玻碳电极后干燥，得到所述修饰电极。

优选地，所述Nafion溶液的质量浓度为5％。

优选地，所述二硫化钼的质量和所述Nafion溶液的体积比为2～4mg：10～100μL。

本发明还提供了一种三电极系统，包括对电极、参比电极和工作电极，其特征在于，所述对电极为石墨电极，所述参比电极为以Ag/AgCl电极，；所述工作电极为上述所述的修饰电极或上述所述制备方法得到的修饰电极。