[发明专利]一种通过气相反应制备富含分级孔结构的高性能催化材料的方法及催化材料

说明书

本发明提供一种利用气相还原法制备富含分级孔通道的高性能催化材料的方法及催化材料，该方法包括以下步骤：1)提供双元过渡金属氧化物材料M_xN_yO_z，其中M和N为不同的金属元素，M和N选自Mo、V、Nb和W中的任意一种；2)将M_xN_yO_z粉末在CO气氛下，于温度600‑900℃下保温1‑5小时；3)将步骤2)所得的产物在NH₃气氛中，于温度500‑900℃保温1‑3小时，即得到富含分级孔结构的金属M的氮化物和金属N的碳化物复合的纳米催化材料。本发明得到的催化材料具有优异的电化学催化性能。同时此方法简单，成本低廉，得到产物明确，为电催化领域提高催化剂活性提供了一条全新的路径。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，更具体地说，涉及一种通过气相反应制备富含分级孔结构的高性能催化材料的方法及催化材料。

背景技术

氢(H₂)被认为是一种可以用来替代传统化石能源的清洁能源，同时具有高的热值。实现氢能源有效开发，从而成功取代化石能源的两个重点环节是氢气的制取和储存。目前，工业上制氢方式很多，主要采用电解水制氢、催化水蒸气重整、煤炭气化制氢、石油裂解及天然气催化转化制氢等，但这些方法皆存在着一些亟待克服的缺点，如能耗非常的高。电解水是最简单、最有效的方法之一，其优势是氢气纯度高，但是电解析氢反应速率缓慢，需要使用催化剂来加快动力学过程，现今的催化剂例如贵金属铂(Pt)，由于铂的价格昂贵以及储量有限，最终限制了它的大规模使用。所以发展非贵金属材料作为电化学析氢的催化剂成为了现在非常值得关注的课题。过渡金属碳化物由于其丰富的储量，低廉的价格以及优秀的催化性能得到了广泛的研究。市面上的大部分催化剂为块体材料，块体形貌由于缺乏有效的活性位点，催化效率较低。如何提高材料的催化性能可以从以下几方面入手：1.增加材料的比表面积；2.将催化剂材料按层状剥离，提供快速的离子通道；3.提高材料的导电性；4.制造过多的催化剂的边界，造成电子云分布不均，因此获得更高的活性。因此，如何选择合适的方法来提高材料的催化性能一直是本领域技术人员的难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种通过气相反应制备富含分级孔结构的高性能催化材料的方法。该催化材料具有优异的电化学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种通过气相反应制备富含分级孔结构的高性能催化材料的方法，包括以下步骤：

1)提供双元过渡金属氧化物材料M_xN_yO_z，其中M和N为不同的金属元素，M和N选自Mo、V、Nb和W中的任意一种；

2)将M_xN_yO_z粉末在CO气氛下，于温度600-900℃下保温1-5小时；

3)将步骤2)所得的产物在NH₃气氛中，于温度500-900℃保温1-3小时，即得到富含分级孔结构的金属M的氮化物和金属N的碳化物复合的纳米催化材料。

上述方案中，所述M为V或Nb；N为Mo或W。

上述方案中，所述M_xN_yO_z为V_xMo_yO_z。

上述方案中，所述V_xMo_yO_z为V₂MoO₈，得到的所述催化材料为富含分级孔结构的VN/MoC纳米催化材料。

上述方案中，所述x和y为小于3的整数，所述z为小于8的整数。