[发明专利]一种多孔碳负载金属复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多孔碳负载金属复合材料及其制备方法和应用，该方法将NiMoO₄纳米棒和碳源单体在Tris试剂溶液中进行反应，得到NiMoO₄/碳源前体；将该NiMoO₄/碳源前体煅烧，得到多孔碳负载金属复合材料，其包括：多孔碳载体和负载在多孔碳载体上的镍和碳化钼。本发明方法步骤简单，操作简易，具有方便、快速等特点。在本发明中，多孔碳负载镍和碳化钼复合材料具有优异的催化电化学产氢产氧及全水分解性能。实验表明，该复合材料作为催化剂在产氢反应中，过电位为0.25V时，其电流密度可达52mA/cm²；在全水解反应中，电位为1.68V时，其电流密度可达10mA/cm²，性能优异，在电催化产氢产氧及全水分解领域应用前景良好。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种多孔碳负载金属复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着化石能源的快速枯竭，开发新能源成为一个令人关注的课题，其中水分解产氢被认为是一种有效的方法。水分解包括阴极产氢反应和阳极产氧反应，科学家们希望研发出廉价高效的催化剂来分别降低阴极和阳极反应的过电势，从而通过降低施加的电压来减低经济成本。

在用于水分解产氢的催化剂中，铂基催化剂有着良好的产氢催化活性，钌基催化剂有着良好的产氧催化活性。然而，这些贵金属较低的资源储量和昂贵的成本限制了其在实际商业生产中的应用。因此，探索高效、性能稳定和低成本的非贵金属或者无金属的催化剂用来代替贵金属催化剂材料，这具有重要的商业价值和意义，相关研究亦得到了广泛的关注。

强酸和强碱性电解液可以满足水分解所需的快速离子传输的要求，相对于酸性电解液，碱性电解液产氢，由于其具有更低的蒸汽压而能得到更高纯度的氢气，已经广泛被工业界所接受。并且，大多数用于产氧的催化剂例如金属氧化物，在碱性电解液中有着更高的活性，而在酸性电解液中活性和稳定性相对较差。因此，碱性条件催化剂的研究受到更为广泛的关注。其中，金属镍(Ni)是地球最为丰富的元素之一，并且被一直用作碱性条件下的产氢反应的催化剂。但是，制备一种对产氢和产氧反应都有较高活性的催化剂，是目前水分解反应研究的难点和重点。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种多孔碳负载金属复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的复合材料具有电化学全水解催化活性高的优点，并且成本较低。

本发明提供一种多孔碳负载金属复合材料，包括：

多孔碳载体；

和负载在多孔碳载体上的镍和碳化钼。

优选地，所述复合材料中，镍的质量分数为10％～30％，碳化钼的质量分数为25％～45％，碳的质量分数为25％～65％。

优选地，所述复合材料为一维纳米棒状。

优选地，所述复合材料的直径为50nm～210nm，所述复合材料的长径比为10～80:1。

本发明提供一种多孔碳负载金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将NiMoO₄纳米棒和碳源单体在Tris试剂溶液中进行反应，得到NiMoO₄/碳源前体；

将所述NiMoO₄/碳源前体进行煅烧，得到多孔碳负载金属复合材料；

所述复合材料包括：多孔碳载体；和负载在多孔碳载体上的镍和碳化钼。

优选地，所述NiMoO₄纳米棒按照以下步骤制得：