[发明专利]一种镍辅助低温合成碳化钼电催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种镍辅助低温合成碳化钼电催化剂的方法，包括：将碳源、镍源和钼源加入水中超声溶解，得到混合溶液；将所得混合溶液然后在15～30℃下反应4～48小时，经离心洗涤、烘干，得到浅绿色产物；将所得绿色产物置于保护气氛中，在500～750℃下煅烧2～10小时后，再经酸洗，得到所述碳化钼电催化剂；所述碳源选自含咪唑基团有机物或/和可提供氮原子配位的有机物，所述钼源选自七钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾中的至少一种。本发明提出一种流程简单、经济合理、环境友好、合成温度低、易大规模生产的碳化钼纳米结构的合成方法。

技术领域

本发明涉及一种镍辅助一步低温合成碳化钼电催化剂的方法，属于能源催化材料、氢气制备技术领域。

背景技术

氢气作为一种高效清洁能源，是未来最理想的替代化石能源的能源。电解水制氢是一种高效环保的理想制氢方式。目前用的最理想的铂基贵金属催化剂由于其价格高昂，资源有限，限制了其在工业上的应用。因此寻找和发现高效、低廉的非贵金属电催化剂，是电解水制氢反应的关键。目前，β-Mo₂C由于其良好的电导性，理想的氢吸附能力，化学稳定性以及其独特的类贵金属的电子结构，是近年来被广泛研究的最佳的非贵金属电催化剂之一。据报道，商业化的β-Mo₂C就具有电催化制氢的催化性能，但其催化性能于商业化的铂碳相比，仍有很大差距。

碳化钼材料的催化性能可通过制备碳化钼纳米结构来暴露更多的活性位，或者是将其负载在石墨烯、碳管等导电载体上来提高。目前，一般合成碳化钼的温度为750-800℃(Duck Hyun Youn,Suenghoon Han,Jae Young Kim,Jae Sung Lee,et al.ACS Nano,2014,8,5164；W F Chen,C H Wang,K.Sasaki,N.Marinkovic et.al.Energy Environ.Sci.,2013,6,943)。由于碳化钼材料在制备过程中高温下有不可避免的团聚过程或过度生长，以及碳化钼表面的部分氧化，制备高分散的碳化钼纳米结构仍然是一个挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明目的在于提供一种流程简单、经济合理、环境友好、易大规模生产的碳化钼纳米结构的合成方法。

一方面，本发明提供了一种镍辅助一步低温合成碳化钼电催化剂的方法，包括：

将碳源、镍源和钼源加入水中超声溶解，得到混合溶液；

将所得混合溶液然后在15～30℃下反应4～48小时，经离心洗涤、烘干，得到浅绿色产物；

将所得浅绿色产物置于保护气氛中，在500～750℃下煅烧2～10小时后，再经酸洗，得到所述碳化钼电催化剂；

所述碳源选自含咪唑基团有机物或/和可提供氮原子配位的有机物，所述钼源选自七钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾中的至少一种。

本发明在碳源(含咪唑基团有机物或/和可提供氮原子配位的有机物)和钼源(七钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾等)的基础上，通过镍源的引入，利用镍离子、钼酸根离子与碳源间的天然配位作用，主要是利用镍离子与含咪唑基团碳源间的天然配位作用，以及镍离子与钼酸根离子的作用，不需要额外调节pH，在15～30℃下反应4～48小时，得到三者共沉淀的浅绿色产物(不能确定其物质组成，XRD显示有75个峰，相当复杂)。将所得浅绿色产物置于保护气氛中，在500～750℃下煅烧，其煅烧过程中，Ni-Mo合金先于MoC_x生成，在Ni-Mo合金、碳源同时存在下，Ni-Mo合金可以促进MoC_x形成，从而大大降低其一般所需的煅烧温度)，使得煅烧温度在600℃、甚至低于600℃时也能得到碳化钼电催化剂。再经酸洗，去除碳化钼电催化剂中的不稳定物种，主要是镍离子。本发明所述方法合成过程简单，且可以大大降低碳化钼的合成温度，易实现大规模生产。

较佳地，所述碳源选自组氨酸、2-甲基咪唑、咪唑和1,2-二甲基咪唑中的至少一种。