[发明专利]一种氮化钼纳米棒电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮化钼纳米棒电极材料及其制备方法和应用。使用电极基底材料，利用常用的溶剂热方法，首先在电极基底材料表面生长过渡金属掺杂的钼酸盐纳米棒，然后利用高温氮化的方法得到表面均匀生长一层致密的过渡金属掺杂的氮化钼纳米棒材料。本发明所述氮化钼纳米棒电极材料显示了优异的析氢、析氧以及全水分解性能，可作为催化电极用于电化学反应。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种氮化钼纳米棒电极材料及其制备方法，即在多孔电极上制备氮化钼纳米棒电极材料的技术，及其用作电催化水分解材料的应用。

背景技术

近年来能源危机和环境污染的问题已经引起了人们广泛的关注，迫切要求发展可再生能源作为减少化石燃料的替代方案。氢能源由于其高能量密度和环保等特点，是满足未来全球能源需求的有吸引力和有前景的能源。在众多生产氢气的方法中，通过电催化析氢反应（HER）和析氧反应（OER）分解水是未来大量获得氢气最经济有效的途径之一。为了加速缓慢的HER和OER动力学，高活性和稳定性的电催化剂是必不可少的。铂基材料是最有效的HER电催化剂，而铱和钌的氧化物是OER的商业化基准。然而，这些贵金属基催化剂的稀缺性和高成本严重阻碍了其在电催化水分解中的大规模应用 [Jia, X., Zhao, Y., Chen,G., Shang, L., Shi, R., Kang, X. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1502585.]。

近年来，人们开发了一些地表含量丰富的过渡金属的化合物，如氧化物、硫化物、磷化物、碳化物和氮化物等，其中少数化合物的HER或OER性能已接近或赶超贵金属基催化剂。例如，Zhang等人在泡沫镍上制备的MoNi₄/MoO₂纳米棒电催化剂，表现出可以与商业基准材料Pt/C电极相比拟的HER性能[Zhang, J., Wang, T., Liu, P., Liao, Z., Liu, S.,Zhuang, X., Chen, M., Zschech, E., Feng, X., Nat. Commun. 2017, 8, 15437]。然而，同时具有优异HER和OER性能的电催化剂鲜有报道。因此，为了简化水分解系统，降低生产成本，制备可以同时用作HER和OER的高效双功能电催化剂是一个亟待解决的难题[Yang, Y., Zhang, K., Lin, H., Li, X., Chan, H. C., Yang, L. ACS Catal. 2017,7, 2357–2366. Wang, T., Wang, X., Liu, Y., Zheng, J., Li, X. Nano Energy, 2016, 22, 111-119.]。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化钼纳米棒电极材料及其制备方法和应用。本发明使用电极基底材料，利用常用的溶剂热方法，首先在电极基底材料表面生长过渡金属掺杂的钼酸盐纳米棒，然后利用高温氮化的方法得到表面均匀生长一层致密的过渡金属掺杂的氮化钼纳米棒材料。该材料显示了优异的析氢(HER)、析氧(OER)以及全水分解性能。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：

一种氮化钼纳米棒电极材料，在电极基底材料表面生长有过渡金属掺杂的氮化钼纳米棒。

所述电极基底材料可以为本领域常规使用的电极基底材料，如平板电极、多孔电极等，优选多孔电极，所述多孔电极选自泡沫金属电极或导电碳布中的一种或几种，所述泡沫金属电极可以为泡沫镍、泡沫铜等。

优选的，所述过渡金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn中的一种或几种。

本发明所述的氮化钼纳米棒直径为0.5~1.2 μm，长度为10~100 μm。

本发明提供了上述的电极材料的制备方法，包括如下步骤：