应用于硫化氢制氢的原位生长纳米阵列催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及催化剂制备技术领域，尤其涉及应用于硫化氢制氢的原位生长纳米阵列催化剂的制备方法。该催化剂的制备方法，包括以下步骤：S1、将导电集流体材料通过清洗剂进行清洗预处理，得到清洁后的导电集流体材料；S2、在惰性气体的条件下，将S1中清洁后的导电集流体材料放入反应溶液中进行水热反应，反应结束后清洗、干燥得到导电集流体原位生长纳米阵列催化剂，所述反应溶液包括硒氢化钠、硒酸钠、硫化钠和硫脲中的至少一种。本发明专利技术在导电集流体基底原位构建的纳米阵列催化剂有较大的比表面积，提供更多活性位点。基底导电性强，提供了快速的电子转移通道加速了催化反应过程，并可直接作为电催化电极在硫化氢分解制氢和硫磺回收中应用。中应用。中应用。

Preparation method of in situ grown nano array catalyst for hydrogen production from hydrogen sulfide

【技术实现步骤摘要】
应用于硫化氢制氢的原位生长纳米阵列催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂制备
，尤其涉及应用于硫化氢制氢的原位生长纳米阵列催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]硫化氢是一种极具危险性的气体，主要来源于石油天然气的开采，低浓度时具有臭鸡蛋气味的刺激性气味，长期接触会对眼睛、呼吸系统、神经系统造成不可逆转的危害，当直接接触高浓度的硫化氢时会导致头晕、浑身乏力、甚至休克等症状。此外，化石燃料中的硫化氢还会腐蚀石油天然气的运输管道，造成巨大的经济损失。因此如何去除和利用硫化氢显得格外重要。
[0003]目前，工业上处理硫化氢的主要方法为克劳斯工艺，具体为在高温条件下，将硫化氢部分氧化分解转化为硫磺与水蒸气。高温条件下能耗高，且克劳斯工艺无法将硫化氢中的氢利用，仅仅得到了硫磺和水，无法完全实现硫化氢的资源化利用，因此寻找一种将硫化氢转化为氢气和硫磺的技术路线非常有意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述技术问题，提出应用于硫化氢制氢的原位生长纳米阵列催化剂的制备方法，该催化剂有效的应用于电催化硫化氢，其催化活性高。
[0005]本专利技术提供了一种导电集流体原位生长纳米阵列催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将导电集流体材料通过清洗剂进行清洗预处理，得到清洁后的导电集流体材料；
[0007]S2、在惰性气体的条件下，将S1中清洁后的导电集流体材料放入反应溶液中进行水热反应，反应结束后清洗、干燥得到导电集流体原位生长纳米阵列催化剂，所述反应溶液包括硒氢化钠、硒酸钠、硫化钠和硫脲中的至少一种。
[0008]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0009]本专利技术通过一步水热法成功合成出导电集流体原位生长纳米阵列催化剂，该催化剂有较大的比表面积，提供更多的活性位点。基底导电性强，提供了快速的电子转移通道加速了催化反应过程，并可直接作为电极使用，有利于大规模商业化应用，在电催化分解硫化氢领域具有重要的应用价值，此外在长时间电解条件下，该催化剂避免被硫钝化，可持续反应。
[0010]在一些实施例中，在S1中，所述导电集流体材料包括铁基底、镍基底、钴基底或铜基底。
[0011]在一些实施例中，在S1中，所述清洗剂包括除油剂和盐酸。
[0012]在一些实施例中，所述除油剂包括丙酮和乙醇中的至少一种，所述盐酸的摩尔浓度为3mol/L。
[0013]在一些实施例中，在S2中，所述水热反应的温度控制在80
‑
180℃，反应时间控制在8
‑
24h。
[0014]在一些实施例中，在S2中，所述干燥温度控制在40
‑
80℃，干燥时间控制在6
‑
24h。
[0015]在一些实施例中，在S2中，所述惰性气体为氩气。
[0016]本专利技术还提供一种上述所述的制备方法制备得到的导电集流体原位生长纳米阵列催化剂在电催化硫化氢中的应用。
附图说明
[0017]图1为实施例1所得的催化剂的XRD图；
[0018]图2为实施例1所得的催化剂的SEM图；
[0019]图3为实施例1所得的催化剂的产氢速率图；
[0020]图4为实施例1所得的催化剂的析硫极化曲线图；
[0021]图5为实施例2所得的催化剂的XRD图；
[0022]图6为实施例2所得的催化剂的析硫极化曲线；
[0023]图7为实施例2所得的催化剂的产氢速率图；
[0024]图8为I
‑
T测试对比图；
[0025]图9为实施例1所得的催化剂的电化学实验装置；
[0026]图10为回收的硫磺与标准图谱的衍射图；
[0027]图11为实施例2制备所得的催化剂的稳定性测试图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0029]实施例1
[0030]首先将镍泡沫剪裁成面积为2cm
×
3cm
×
0.15cm的镍基底，将镍泡沫基底放入20mL丙酮溶液中超声10分钟，取出清洗后放入浓度为0.3mol/L的盐酸中超声半小时，取出后清洗并干燥。然后称取0.059g硒粉和0.065g硼氢化钠溶于1.5mL去离子水中搅拌成透明溶液。接下来量取30mL乙醇溶液转移到50mL反应釜内胆中并持续通入氩气30min。接下来将处理好的镍基底和透明溶液加入反应釜内胆中混合均匀，装入反应釜中后放入烘箱中，在140℃条件下反应12小时。然后取出后用乙醇与去离子水清洗，并在60℃干燥6h，最终得到催化剂。
[0031]试验例1
[0032]以实施例1制备的催化剂的物相表征和作为电催化分解H2S的电极催化材料的相关性能测试。
[0033]实施例1中制备的催化剂夹在玻碳工作电极夹上作为工作电极。以石墨棒作为对电极，汞氧化汞电极作为参比电极，电解液为1M Na2S和1M NaOH的混合溶液，电压窗口范围为
‑
0.8～0.2V。测试平台为电化学工作站CHI660E。XRD测试采用荷兰帕纳科公司X'Pert Pro型X射线衍射仪对实施例1中制备的催化剂的物相组成进行了探究，辐射源为Cu
‑
Kα，扫描速度为0.02
°
s
‑1，扫描范围为5～70
°
。
[0034]图1为实施例1所得的催化剂的XRD图，图中用
“★”
标注的峰，代表基底镍的衍射峰。图中用
“●”
标注的峰，代表NiSe的衍射峰，当衍射峰分别在30.5
°
、31.6
°
、34.7
°
、39.3
°
、47.2
°
、48.8
°
、50.8
°
、54.3
°
、55.5
°
、57.0
°
对应NiSe(PDF#18
‑
0887)的标准卡片。说明成功在镍基底上原位生长出NiSe。
[0035]图2为NiSe/NF材料的扫描电镜图谱，从图中可以看到NiSe纳米线原位生长在镍泡沫基底上。图3为实施例1所得的催化剂的产氢速率图。图3展示的是在恒电流为100mA cm
‑2电流密度下进行氢气测定，通过天美N2000气相色谱系统，采用内标法测试氢气的体积，注入1mL甲烷到密闭电解池中作为内标气体，每隔10分钟测一次氢气产量。
[0036]从图3中可以看到氢气生成速率维持在0.8mL min
‑1cm
‑1。
[0037]图4为实施例1所得的自支撑型纳米阵列催化剂析硫的极化曲线图，在不含有Na2S的NaOH溶液中无氧化电流，加入Na2S的溶液中NiSe/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位生长纳米阵列催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将导电集流体材料通过清洗剂进行清洗预处理，得到清洁后的导电集流体；S2、在惰性气体的条件下，将S1中清洁后的导电集流体材料放入反应溶液中进行水热反应，反应结束后清洗、干燥得到导电集流体原位生长纳米阵列催化剂，所述反应溶液包括硒氢化钠、硒酸钠、硫化钠和硫脲中的至少一种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S1中，所述导电集流体材料包括铁基底、镍基底、钴基底或铜基底。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在S1中，所述清洗剂包括除油剂和盐酸。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述除油剂包括丙酮和乙醇中的至少一种，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周莹，段超，唐春，于姗，张瑞阳，余堂杰，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：