[发明专利]一种氮掺杂碳包覆的Ni＆MoO2超细纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种氮掺杂碳包覆的Ni&MoO₂超细纳米线及其制备方法和应用，该材料可作为高活性、高稳定性的析氢反应电催化剂，其阵列式的生长在碳布上，该纳米线由Ni纳米颗粒和MoO₂纳米颗粒嵌入在氮掺杂的碳层组成，所述的纳米线的直径为10～20nm，长度为1～2μm，所述的纳米线材料的比表面积为87.1m²g^‑1，其外表存在具有保护作用的氮掺杂的碳层。本发明的有益效果是：本发明作为析氢反应材料时表现出优异的析氢反应催化活性和耐久性，是高效率、低成本析氢反应电催化剂的潜在应用材料。

技术领域

本发明属于能源和催化材料领域，具体涉及一种氮掺杂碳包覆的Ni&MoO₂超细纳米线及其制备方法和应用，该材料可作为高活性、高稳定性的析氢反应电催化剂。

背景技术

随着化石能源的快速消耗和环境问题的日益突出，氢气已被认为是最清洁和最具有发展潜力的能源之一。商业上主要是通过煤炭的汽化制备氢气，但二氧化碳的排放和环境污染问题不可避免和忽视。析氢反应作为电解水的半反应，是一种能够生产高纯度氢气的无污染技术。高效的析氢反应电催化剂需要满足能够加快阴极反应和在低的过电势下获得高电流密度的要求。贵金属铂基材料是最理想的析氢反应催化剂，但是其低存储量、高成本和较差的稳定性极大限制了大规模商业应用。因此，寻找一种来源丰富的、具有高催化活性和稳定性的非贵金属基催化剂材料显得尤为重要。

具有扭曲金红石结构的二氧化钼(MoO₂)材料，具有高的电子电导(8.8×10^-5Ω·cm) 和优异的热/化学稳定性，在催化、能源领域得到了广泛研究。最近研究发现Mo原子边缘和 O原子边缘均为催化活性位点，但MoO₂存在严重的团聚现象和少的活性位点，严重限制了其析氢反应催化活性。为了解决MoO₂的团聚问题和获得高的催化活性，碳包覆、构筑复合材料、掺杂等是一种有效的策略；同时，一维纳米线结构材料因其拥有一维的电子传输通道、更多的活性位点和减少团聚等优点，被广泛应用于能量存储与转化中。因此，合成具有一维纳米线结构的碳包覆钼基复合材料对发展高效稳定析氢反应催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种氮掺杂碳包覆的Ni&MoO₂超细纳米线的制备方法，所得到的纳米线复合材料具有优异的析氢反应活性和稳定性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种氮掺杂碳包覆的Ni&MoO₂超细纳米线，其阵列式的生长在碳布上，该纳米线由Ni纳米颗粒和MoO₂纳米颗粒嵌入在氮掺杂的碳层组成，所述的纳米线的直径为10～20nm，长度为1～2μm，所述的纳米线材料的比表面积为87.1m²g^-1，其外表存在具有保护作用的氮掺杂的碳层。

按上述方案，所述的Ni纳米颗粒外表存在3～5层石墨化碳层，所述的MoO₂纳米颗粒外表存在1～2层碳层。

按上述方案，所述的Ni纳米颗粒的尺寸为8～15nm，MoO₂纳米颗粒的尺寸为3～8nm。

氮掺杂碳包覆的Ni&MoO₂超细纳米线的制备方法，包括有以下步骤：

1)取四水合钼酸铵、六水合硝酸镍和2-甲基咪唑，依次加入到甲醇溶剂中，搅拌得到均一的溶液；

2)将步骤1)所得溶液转移至反应釜中，并在其中垂直放置一块碳布，在一定温度下进行溶剂热反应；

3)待冷却至室温后，将步骤2)反应釜中的碳布样品取出，并洗涤、烘干，得到生长在碳布上的、含镍多钼酸盐有机-无机纳米线前驱体；