[发明专利]一种具有中空结构的铁掺杂二硒化钼纳米材料及其制备方法与电催化氮还原应用

说明书

本发明公开了一种具有中空结构的铁掺杂二硒化钼纳米材料及其制备方法与电催化氮还原应用。该方法包括：将硒粉溶解于水合肼中；将钼盐和铁盐溶解于DMF中，得到金属盐溶液；将水合硒前驱体溶液加入金属盐溶液中，升温进行溶剂热反应，洗涤，干燥，得到该材料。所述铁掺杂二硒化钼材料为中空的、具有多孔结构的材料。将铁掺杂二硒化钼在乙醇中分散后滴涂在碳布上制备成电极，本发明提供的铁掺杂二硒化钼材料就可以应用于常温常压下电催化氮还原反应。该催化剂具有制备方法简单、比表面积大、催化活性高、稳定性优异等优点。

技术领域

本发明属于电催化氮气还原催化剂领域，具体涉及一种具有中空结构的铁掺杂二硒化钼纳米材料及其制备方法与电催化氮还原应用。

背景技术

氨是重要的化工原料，在现代工业和农业中发挥着重要作用。同时由于其具有很高的氢密度和易液化的特性也被认为是潜在的氢载体。传统的哈伯法合成氨需要消耗大量的能量，约占全球总能耗的2％左右，同时高温高压环境也需要很高的设备投资。因此开发一种新的合成氨方法具有重大意义。

电催化氮还原(NRR)被认为是一种潜在的替代方法，该方法采用电催化的方法，在常温常压下催化溶液中的氢质子攻击吸附在催化剂表面的氮气，从而实现氮气向氨的转化。受到生物固氮过程的启发，近些年来大量的研究工作致力开发钼基催化剂用于电催化氮还原。二硫化钼等二维材料被广泛应用于电催化氮还原。二硒化钼也是典型二维材料中的一种，通过掺杂铁元素进入二硒化钼材料中，以此来调控形貌和电子结构，提升其氮还原活性。

目前，二硒化钼材料多采用气相沉积法制备(如：ZL2017105378640)，该制备方法必须在高温条件下，制备出来的催化剂表面缺陷少、氮还原活性不高而电析氢性能优异，难以实现常温常压下氮气向氨的转化。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有中空结构的铁掺杂二硒化钼纳米材料及其制备方法与电催化氮还原应用。

本发明的目的在于提供一种具有中空结构的铁掺杂的二硒化钼纳米材料制备方法。该方法利用低温溶剂热法，直接一步合成具有中空结构的铁掺杂的二硒化钼纳米材料，合成工艺简单，成本低。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明制备的具有中空结构的铁掺杂的二硒化钼纳米材料，其形貌为纳米片组装的平均尺寸为150-250nm的中空微球状结构

本发明提供的具有中空结构的铁掺杂的二硒化钼纳米材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硒粉溶解于水合肼中，得到水合硒前驱体溶液；将钼盐和铁盐溶解于二甲基甲酰胺(DMF)中，得到金属盐溶液；

(2)将步骤(1)所述水合硒前驱体溶液加入金属盐溶液中，混合均匀，得到混合液；将所述混合液转移到反应釜中升温进行溶剂热反应，将溶剂热反应的产物洗涤，干燥，得到所述具有中空结构的铁掺杂的二硒化钼纳米材料。

进一步地，步骤(1)所述钼盐为二水合钼酸钠；所述铁盐为醋酸铁。

进一步地，步骤(1)所述硒粉与水合肼的摩尔体积比为0.020-0.030：1mmol/mL进一步地，在步骤(1)所述金属盐溶液中，钼盐的浓度为3.60-4.20umol/mL，铁盐的浓度为0.04-0.050umol/mL。

进一步地，步骤(1)所述硒粉、钼盐、铁盐的物质的量之比为11-28：7-10：1。

进一步地，步骤(2)所述溶剂热反应的温度为180-220℃。

进一步地，步骤(2)所述溶剂热反应的时间为12-18h。

进一步地，步骤(2)所述干燥的方式为真空干燥；所述干燥的温度为70-80℃，干燥的时间为6-12h。