本實(shí)用新型涉及析氫催化劑領(lǐng)域，特別涉及一種析氫電極。

背景技術(shù)：

由于氫氣燃燒過程能釋放出巨大的能量且燃燒產(chǎn)物是水，因此，氫氣被認(rèn)為是一種可持續(xù)清潔能源。從環(huán)境友好的角度來說，(光)電化學(xué)催化分解水制氫是制備氫氣的理想途徑之一。但是，在水分解反應(yīng)中，往往需要高效的析氫催化劑使反應(yīng)可在較低的過電勢下產(chǎn)生較大的電流。目前使用的析氫催化劑主要是鉑系貴金屬材料，它們在析氫反應(yīng)過程中有著很低的過電位和優(yōu)異的反應(yīng)動力學(xué)行為。然而高成本限制了它們的大規(guī)模應(yīng)用。因此，為了滿足可持續(xù)能源技術(shù)的要求，開發(fā)高效廉價的析氫催化劑來替代那些昂貴的貴金屬催化劑顯得十分重要。

近年來，已有一些非貴金屬被用來作為析氫催化劑，比如：過渡金屬合金、金屬硫化物等。過渡金屬硫化物中的硫化鉬基催化劑，由于其成本低和高活性等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。硫化鉬基催化劑也存在一些不足，硫化鉬基催化劑由于鉬原子處于飽和狀態(tài)，每個鉬原子周圍分布有六個硫原子，較多的硫原子分布結(jié)構(gòu)使得催化活性位點(diǎn)被包裹，極大地限制了其析氫催化活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種析氫電極，與現(xiàn)有技術(shù)相比，解決了現(xiàn)有的析氫電極的催化活性低的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供以下技術(shù)方案：

一種析氫電極，包括：

電極本體；

固定于所述電極本體表面的過渡金屬硫化物，所述過渡金屬硫化物包括至少兩種過渡金屬原子且至少部分過渡金屬原子處于不飽和狀態(tài)；

其中，所述過渡金屬硫化物作為析氫催化劑。

可選的，所述過渡金屬硫化物中過渡金屬原子是兩種或三種或四種。

可選的，所述過渡金屬硫化物中部分過渡金屬原子處于飽和狀態(tài)。

可選的，處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子與所述過渡金屬硫化物的質(zhì)量比是1/4～1/2。

可選的，處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子與所述過渡金屬硫化物的質(zhì)量比是1/10～1。

可選的，所述過渡金屬硫化物中的過渡金屬原子是正二價的過渡金屬原子。

可選的，所述過渡金屬硫化物是鈷鉬硫化物或鎳鉬硫化物或錳鉬硫化物。

可選的，所述過渡金屬硫化物是陣列分布的過渡金屬硫化物的納米片。

可選的，所述電極本體是碳纖維布，所述過渡金屬硫化物陣列生長于所述電極本體表面。

可選的，所述碳纖維布的抗拉強(qiáng)度大于等于3000兆帕，拉伸模量大于等于240000兆帕。

本實(shí)用新型提供的析氫電極，包括電極本體和固定于電極本體表面的過渡金屬硫化物，過渡金屬硫化物包括至少兩種過渡金屬原子且至少部分過渡金屬原子處于不飽和狀態(tài)。過渡金屬硫化物中至少部分過渡金屬原子處于不飽和狀態(tài)，處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子周圍硫原子分布少于六個，較少的硫原子分布結(jié)構(gòu)可以促使催化活性位點(diǎn)更多處于其暴露的邊緣而不是被包裹，這樣就極大的提升了析氫電極的催化活性，降低了析氫反應(yīng)的反應(yīng)電位，從而有利于提升析氫電極的催化活性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的析氫電極的示意圖。

主要元件附圖標(biāo)記說明：

100電極本體，200過渡金屬硫化物。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型的一個實(shí)施例的析氫電極，如圖1所示，包括：

電極本體100；

固定于電極本體表面的過渡金屬硫化物200，過渡金屬硫化物200包括至少兩種過渡金屬原子且至少部分過渡金屬原子處于不飽和狀態(tài)；

其中，過渡金屬硫化物作為析氫催化劑。

本實(shí)施例的析氫電極，包括電極本體和固定于電極本體表面的過渡金屬硫化物，過渡金屬硫化物包括至少兩種過渡金屬原子且至少部分過渡金屬原子處于不飽和狀態(tài)。過渡金屬硫化物中至少部分過渡金屬原子處于不飽和狀態(tài)，處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子周圍硫原子分布少于六個，較少的硫原子分布結(jié)構(gòu)可以促使催化活性位點(diǎn)更多處于其暴露的邊緣而不是被包裹，這樣就極大的提升了析氫電極的催化活性，降低了析氫反應(yīng)的反應(yīng)電位，從而有利于提升析氫電極的催化活性。

具體的，過渡金屬硫化物中過渡金屬原子是兩種或三種或四種，即過渡金屬原子可以是大于一種的多種。過渡金屬硫化物中的過渡金屬是一種時，無法或很難形成部分過渡金屬原子處于不飽和狀態(tài)，而是都處于飽和狀態(tài)，析氫催化活性不足。

作為一種優(yōu)選的方式，過渡金屬硫化物中過渡金屬原子是兩種。這樣，作為析氫催化劑的過渡金屬硫化物的成分相對簡單，制備起來較為方便。

作為一種優(yōu)選的方式，過渡金屬硫化物中部分過渡金屬原子處于飽和狀態(tài)。由于在過渡金屬硫化物中處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子多是過渡金屬中價格相對高的過渡金屬，導(dǎo)致如果過渡金屬硫化物全部都是處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子時，過渡金屬硫化物的成本就較高。這樣，在過渡金屬硫化物中處于飽和狀態(tài)的過渡金屬原子多是過渡金屬中價格相對低的過渡金屬，可以降低析氫電極的成本。

作為一種可選的方式，處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子與過渡金屬硫化物的質(zhì)量比是1/4～1/2。

通過控制處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子與過渡金屬硫化物的質(zhì)量比，可以實(shí)現(xiàn)對析氫催化劑催化活性和成本的控制。

作為一種可選的方式，處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子與過渡金屬硫化物的質(zhì)量比還可以是1/10～1。通過控制處于不飽和狀態(tài)的過渡金屬原子與過渡金屬硫化物的質(zhì)量比，可以實(shí)現(xiàn)對析氫催化劑催化活性和成本的控制。

具體的，過渡金屬硫化物中的過渡金屬原子是正二價的過渡金屬原子。

具體的，過渡金屬硫化物是鈷鉬硫化物或鎳鉬硫化物或錳鉬硫化物。這三種過渡金屬硫化物，制備方便，催化活性較高，同時成本適中。

為了增大高比表面積，增多催化活性位點(diǎn)，如圖1所示，過渡金屬硫化物200是陣列分布的過渡金屬硫化物的納米片。陣列分布的過渡金屬硫化物的納米片大大增大了高比表面積，增多催化活性位點(diǎn)，提高了析氫催化劑的催化活性，降低水電解中析氫反應(yīng)的過電位，有利于氫離子還原反應(yīng)的發(fā)生。

現(xiàn)有技術(shù)中控制過渡金屬硫化物陣列生長在電極本體上是一個技術(shù)難題，它需要生長載體孔徑和孔徑間距達(dá)到一定要求才能生長出有序排列的陣列分布的納米片結(jié)構(gòu)。

由于碳纖維布上孔徑分布密度較大，有利于生長出的納米片相互誘導(dǎo)形成有序排列的陣列分布的納米片結(jié)構(gòu)。因此，本實(shí)用新型的電極本體所采用的材料是碳纖維布，過渡金屬硫化物陣列生長于電極本體表面。這樣，過渡金屬硫化物直接陣列生長于電極本體表面，過渡金屬硫化物與電極本體表面的界面契合度極高，過渡金屬硫化物與電極本體之間不再需要粘接，提高了電子的傳輸，完全排除了現(xiàn)有技術(shù)中過渡金屬硫化物粘接在電極本體表面導(dǎo)致的界面接觸不好的問題。

同時作為電極本體還必須具有優(yōu)異的機(jī)械性質(zhì)，滿足長期使用的需求。因此，本實(shí)用新型采用的碳纖維布的抗拉強(qiáng)度大于等于3000兆帕，拉伸模量大于等于240000兆帕。這樣的機(jī)械性質(zhì)，保證了電極本體在工作環(huán)境中的穩(wěn)定性；同時，碳纖維布的高導(dǎo)電性能也減少了電流在電極本體上的損失。

本實(shí)用新型的析氫電極的制備方法，將過渡金屬源溶解在去離子水中(或者去離子水與極性溶劑的混合液)形成混合溶液，將混合溶液與碳纖維布一起置于不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，采用梯度高溫水熱法，在碳纖維布上生長出陣列分布的過渡金屬硫化物的納米片。

通過上述方法制備的析氫電極具有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：

首先，陣列生長的過渡金屬硫化物的納米片呈現(xiàn)立體三圍結(jié)構(gòu)，具有較大的高比表面積，催化活性位點(diǎn)增多；

其次，采用過渡金屬硫化物增加了硫原子的不飽和度，使得催化位點(diǎn)更多的暴露在外圍邊緣；

另外，將過渡金屬硫化物直接生長在電極本體上，避免了傳統(tǒng)方法中催化劑與電極本體之間的界面問題，提升了電流的傳輸效率；

最后，作為電極本體的碳纖維布孔徑及其分布有利于形成有序排列的納米片；碳纖維布的高機(jī)械強(qiáng)度，良好的柔韌性，都有利于電極本體的長期使用。

析氫電極的制備方法的具體實(shí)施例一：

將2.4g鉬酸鈉，0.144g硝酸鈷和3.12g硫代乙酰胺(TAA)溶解于30mL去離子水和10ml甲醇中形成均勻溶液。碳纖維布(0.8cm×1.8cm)用等體積的丙酮和乙醇混合溶液超聲清洗30min，取出后將其與上述溶液共同轉(zhuǎn)移到體積為100mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，密閉后在120℃反應(yīng)12個小時，160℃反應(yīng)12個小時，200℃下反應(yīng)24個小時，然后自然冷卻。將碳纖維布取出后用大量的去離子水超聲三十分鐘并在60℃烘箱中烘干，制備形成鈷鉬硫化物。合成結(jié)束后可以通過掃描電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscopy，簡稱SEM)，透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，簡稱TEM)等表征技術(shù)對形成的納米片陣列形貌進(jìn)行表征，同時也可以通過組裝電池對電極材料的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。

析氫電極的制備方法的具體實(shí)施例二：

將0.72g三氧化鉬，3.6g硫化鈉和0.072g硝酸鎳溶解于60mL去離子水和2ml鹽酸中形成均勻溶液。碳纖維布(0.8cm×1.8cm)用等體積的丙酮和乙醇混合溶液超聲清洗30min，取出后將其與上述溶液共同轉(zhuǎn)移到體積為100mL的聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，密閉后在120℃反應(yīng)12個小時，150℃反應(yīng)12個小時，180℃下反應(yīng)24個小時，然后自然冷卻。將碳纖維布取出后用大量的去離子水超聲三十分鐘并在60℃烘箱中烘干，制備形成鎳鉬硫化物。合成結(jié)束后可以通過掃描電子顯微鏡(Scanning Electronic Microscopy，簡稱SEM)，透射電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope，簡稱TEM)等表征技術(shù)對形成的納米片陣列形貌進(jìn)行表征，同時也可以通過組裝電池對電極材料的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型實(shí)施例進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。