[发明专利]一种二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法，是将溶解有十六烷基三甲基溴化铵的氧化石墨烯乙醇分散液加入可溶性钼源水溶液中进行水热反应，反应产物碳化得到二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料。本发明通过简单的方法制备得到了二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料，解决了碳化钼活性位点暴露少、活性低的问题，提高了碳化钼材料的催化性能。以本发明制备的二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料作为催化剂材料应用于电解水制氢反应中，表现出了较高的活性。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法。

背景技术

金属碳化物是一类高硬度、高熔点、良好热稳定性和抗腐蚀性的新型功能材料，已经在许多领域得到了应用。20世纪90年代，Ledoux等报道了金属碳化物具有类贵金属的特性，有望成为贵金属的替代物，成为一类新型的催化材料。其中，尤其是对碳化钼引起了广泛的关注。

碳化钼在诸如环己烷脱氢、电解水析氢等催化反应中显示出了较好的催化性能。但是由于碳化钼本身存在比表面积较小、活性位点少的问题，制约了其催化性能的充分体现。

一般地，将碳化钼与活性炭或碳纳米管等具有高比表面积的材料复合，可以增大比表面积，提高碳化钼的催化活性。但是，这些方法主要是浸渍活性炭或碳纳米管载体后，再通入碳氢化合物，900～1000℃高温下碳化制备得到，不仅需要较高的反应温度，而且制备的碳化钼分散性不好，活性位点较少。

随着研究的深入，合成了新型结构和形貌的碳化钼，以提高其催化性能。二维碳化钼材料具有比表面积大、碳化钼活性位点暴露多等优点，在电催化析氢等反应中应用前景广阔。据文献报道，钴掺杂碳纳米管载碳化钼在碱性电解水反应中的过电位为186mV，Tafel斜率79mV/dec(ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 9912.)。

CN 106495158A公开了一种超薄碳化钼材料的制备方法及其产品，制备得到了一种厚度100nm以下且能稳定存在的二维超薄碳化钼材料。然而，该方法的制备需要将催化剂铜箔置于钼源上，通入氢气与氩气的混合保护气和甲烷碳源气，在精确控制流速下，加热至1000℃以上进行制备得到，不仅反应条件苛刻，而且制备工艺较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法，通过简单的方法制备得到二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料，以解决碳化钼活性位点暴露少、活性低的问题，提高碳化钼材料的催化性能。

本发明所述的二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料的制备方法是将溶解有十六烷基三甲基溴化铵的氧化石墨烯乙醇分散液加入可溶性钼源水溶液中进行水热反应，反应产物碳化得到二维碳化钼/石墨烯纳米片复合材料。

本发明上述制备方法中，所述氧化石墨烯与可溶性钼源的质量比为0.01～0.02∶1。

进而，所述十六烷基三甲基溴化铵的加入量为氧化石墨烯质量的9～65倍。

本发明所述的水热反应温度为100～120℃，优选在所述反应温度下反应10～12h。

进一步地，所述碳化温度为800～900℃，碳化时间不少于2h。

更进一步地，本发明优选将所述可溶性钼源配制成质量浓度30～50g/L的水溶液。

优选地，所述溶解有十六烷基三甲基溴化铵的氧化石墨烯乙醇分散液中，氧化石墨烯的含量为1.3～1.5g/L。

进而，本发明上述制备方法中，所述的水溶性钼源是钼酸铵、钼酸、磷钼酸中的任何一种，或几种的任意比例混合物。

更进一步地，本发明优选使用钼酸铵。