[发明专利]一种复合电催化材料及其制备方法

说明书

本专利涉及一种Mo²⁺掺杂的碳化钒/碳布复合电催化材料及其制备方法，其通式为：V_1‑xC/CC:xMo²⁺，其中0x≤0.05，属于新型清洁能源与功能材料技术领域。该V_1‑xC/CC:xMo²⁺复合材料是在CC上原位负载V_1‑xC:xMo²⁺并煅烧后制得。此复合材料具有优异的电催化分解水制氢性能，耐酸碱性好等特点。其中，在碱性条件下V_0.96C/CC:0.4Mo²⁺的过电位比纯CC降低了了45.22%，塔菲尔斜率降低了58.44%；比VC/CC的过电位降低了17.36%，塔菲尔斜率降低了43.90%。本发明制备的电催化剂在新型的高效清洁能源方面具有重要的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种Mo²⁺掺杂的碳化钒/碳布(VC/CC)复合电催化材料及其制备方法，属于新型清洁能源与功能材料技术领域。

背景技术

在过去的一个世纪里，经济发展对能源的需求持续增长，需求量预计从2010年的16万亿瓦到2030年的24万亿瓦，甚至到2050年会达到31万亿瓦。然而，传统能源的储量限制了消耗的不断增长，并且也会带来二氧化碳、二氧化硫排放等一系列严重的环境问题。因此，当前亟需寻找新型可再生、环保的替代能源。在众多替代能源中，氢能由于具有很高的能量密度，燃烧产物只有水，没有二次污染；同时氢能可以以气、液或者固态金属氢化物等形式存在，可以满足不同领域的应用，使其成为最具有前景的可替代清洁能源。然而，目前大部分制氢工业都是利用化石能源中的碳氢化合物，采用不同的方法进行重整而得到氢能。这些方法不仅大量消耗化石能源，且因原料受限使得转换效率低下，同时在重整的过程中会排放大量二氧化碳。因此，众多科研工作者一直致力于开发原料易得，工艺简单，产率高效且环保的制氢工艺。在目前报道的制氢方案中，电解水制氢由于其零污染，产品纯度高等特点而备受关注。

电解水析氢反应为四电子反应，为了提高电解水过程的效率和降低能耗，通常需要借助电催化剂来完成，目前报道的铂基催化剂在电催化析氢反应中表现出优异的性能，但是铂(Pt)在自然界的储量少且成本较高不利于铂基类催化剂的大规模工业化应用。因此，寻找开发一种低成本，可操控，储量高和具有高效稳定的其他催化剂势在必行。碳化钒(VC)由于其优异的高温强度，高化学稳定性和热稳定性，因此对于工业应用是重要的。作为一种过渡金属碳化物，较廉价的VC具有与Pt类似的电子性质，优异的氢吸附性能，可作为新型析氢电催化剂。

技术中报道了一些VC作为电催化剂的研究，例如，公开号为CN108598505A的中国专利文献报道制备了以CC为基底负载VC的复合材料VC/CC作为电催化剂，其采用水热法在CC上生长VC，然而水热生长法无法保证VC晶粒生长的均匀性，且过电位较低；公开号为CN109592683A的中国专利文献报道一种超小碳化钒嵌入碳纳米管材料的电催化剂，其引入了铁、钴、镍作为VC形成的金属催化剂，然而其产物为粉末，需要将粉末负载在电极上，不利于在电解水电极上的大规模应用。

因此，如何制备一种具备大规模应用和高稳定性的电催化剂显得尤为重要。

发明内容

本发明解决的第一个技术问题是制备一种具有良好均匀性的电催化剂材料。

V_1-xC/CC:xMo²⁺复合材料：采用喷雾干燥的方法将Mo²⁺掺杂VC负载在CC上，其负载量为250ml溶液喷雾形成。

本发明V_1-xC/CC:xMo²⁺复合材料由于碳布具有网状结构，能够提供V_1-xC:xMo²⁺的负载位点，通过喷雾干燥法使得V_1-xC:xMo²⁺前驱体颗粒均匀的负载在网状结构的CC上，同时CC可以起到抑制V_1-xC:xMo²⁺团聚的优点。