[发明专利]钴/四氧化三铁/碳纳米管/C多孔微球制氢催化剂的制备方法

说明书

钴/四氧化三铁/碳纳米管/C多孔微球制氢催化剂的制备方法，涉及一种制氢催化剂的制备方法。为了解决现有的钴过渡金属制氢催化剂的性能较差的问题。制备方法：制备磺基化聚乙烯颗粒和Fe₃O₄纳米粒子，再制备钴/Fe₃O₄空心微球，加入碳纳米管水热法制备钴/Fe₃O₄/碳纳米管复合空心微球，以苯和苯甲胺单体经过深度的交联反应并与钴/Fe₃O₄/碳纳米管复合空心微球复合制备催化剂前驱体，最后镀钴膜，热解。本发明制氢催化剂的不易团聚，比表面积大，导电性高，结构稳定性高。本发明适用于电解水制氢。

技术领域

本发明涉及一种制氢催化剂的制备方法。

背景技术

化石燃料也称矿石燃料，包括的天然资源为煤、石油和天然气等。化石燃料是由古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的，是不可再生资源。近几十年里化石燃料的快速消耗造成了能源危机和环境污染。为克服传统的化石燃料存在的问题，人们也在不停的开发可持续能源燃料、清洁能源燃料。氢燃料具有高效率、高燃烧值且环境友好的特点，越来越引起人们的研究热情。

工业生产用的H₂一部分以天然气、甲烷为燃料，但天然气、甲烷等为不可再生资源。太阳能光催化、热分解、生物质等制氢方法虽然具有环境友好的特点且不消耗不可再生资源的优点，但制氢的效率很低，一般低于50％。电解水制氢是通过电能给水提供能量，破坏水分子的氢氧键来制取氢气的方法，其工艺过程简单、无污染，被认为是高效清洁生产超纯氢气的最有前途的途径之一。电解水过程包括阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)两个半反应。其中，阴极HER是相对简单的两电子转移过程，可在较低的电位下发生；但阳极OER过程需要经历四电子转移过程，动力学反应速率较低，是制约电解水制氢效率的速控步骤，提高制氢效率就能够降低能耗和成本。

电解水析氢反应的实际应用中Pt基催化剂为贵金属材料，钴(Co)等过渡金属元素具有稳定性高、成本低等优点，有希望成为良好的HER催化剂。钴(Co)等过渡金属的氮化物、碳化物和磷化物具有高抗腐蚀性、高稳定性、高熔点和高机械性能等优点，成为电催化剂等应用的理想备选材料。传统方法制备的过渡金属磷化物颗粒尺寸较大、形貌不规则，使得表面活性位点暴露不多，不能充分发挥出其催化性能。钴的氮化物、碳化物和磷化物等纳米级的催化剂颗粒容易发生团聚，分散性差，稳定性差，使得催化活性降低，表面易污染后使得其比表面积和催化活性位点降低，循环寿命缩短。

发明内容

本发明为了解决现有的钴过渡金属制氢催化剂的性能较差的问题，提出一种钴/四氧化三铁/碳纳米管/C多孔微球制氢催化剂的制备方法。

本发明钴/四氧化三铁/碳纳米管/C多孔微球制氢催化剂的制备方法按照以下步骤进行：

一、将浓硫酸和聚乙烯颗粒混合进行超声分散处理；然后加热至45～50℃并搅拌反应5～7h，分离得到固体产物，进行洗涤和干燥，得到磺基化聚乙烯颗粒；洗涤时采用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤至固体产物为中性；

二、将0.5～1.5g的FeCl₃·6H₂O和1～3g的无水醋酸钠溶于40mL的乙二醇中，在200℃下反应5～12h，过滤出固体产物，得到Fe₃O₄纳米粒子；

三、将步骤一得到的磺基化聚乙烯颗粒超声分散在无水乙醇中，再加入Fe₃O₄纳米粒子和CoCl₂，加热至50～80℃，超声同时磁力搅拌反应1～3h，再加入NaOH，继续反应2～4h，分离得到固体产物，洗涤和干燥后，煅烧固体产物，得到钴/Fe₃O₄空心微球；洗涤时采用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤