[发明专利]一种碳化钼/二氧化钼复合纳米线及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种碳化钼/二氧化钼复合纳米线及其制备方法与应用。该制备方法，包括如下步骤：(1)将溶液A和溶液B的混合，得到钼酸盐‑有机胺杂化前驱体溶液；所述溶液A由钼酸盐和乙二醇组成；所述溶液B由有机胺类物质、乙二醇和水组成；所述有机胺类物质为三聚氰胺、苯胺和双氰胺中的任一种或几种；(2)在惰性气氛下，将所述钼酸盐‑有机胺杂化前驱体进行热解，得到所述碳化钼/二氧化钼复合纳米线。本发明制备方法合成过程中原料来源广泛、成本低廉、不需要复杂的仪器、操作简单、工艺路线短、可控性强，有利于大规模的工业应用；碳化钼/二氧化钼复合纳米线在酸性、中性和碱性条件下均表现出优异的电催化制氢活性和稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料及电催化制氢技术领域，尤其涉及一种碳化钼/二氧化钼复合纳米线及其制备方法与应用。

背景技术

随着对清洁能源和可再生能源需求的不断增长，氢气作为能源的载体，成为未来新能源发展的趋势。电解水析氢由于其绿色环保和可持续等优点，引起了人们的广泛关注。由于贵金属催化剂的高成本极大地制约了电解水过程的大规模应用，因此，开发价格低廉且广泛存在的过渡金属化合物作为电解水析氢催化剂，特别是在全pH值下具有优异性能的非贵金属催化剂具有广泛的前景和重要的意义。

碳化钼作为一种具有金属性质的间充型化合物，由于碳进入钼的晶格而具有特殊的物化性能和表面结构，其催化活性可与贵金属铂、铱相媲美，被称为“类铂催化剂”，是一类富有前景的高效电解水析氢催化剂。另外，在较广的pH范围内，碳化钼的表面形成氧化物可以有效抑制电化学活性材料的腐蚀，确保其全pH范围内析氢反应的稳定性。近年来，一些研究者已经着手碳化钼电催化剂的研究。唐颐等(CN 105529474 A)提出了一种石墨烯包裹的超分散纳米碳化钼电催化剂，以Mo3(BTC)2有机骨架化合物作为前驱体，经碳化后得到由1～10层石墨烯包裹的超分散纳米MoC(1～20纳米)组成的催化剂，在酸性和碱性条件下均表现出极高的电催化制氢活性和稳定性。周伟家等(CN 105731463 A)以钼离子-树脂复合物微球为前驱体，惰性气氛下碳化得到碳化钼微球。李继森等(CN 105562119 A)以含钼或钨的杂多酸、聚合物导体、石墨烯为原料，通过一锅法合成杂多酸-聚合物导体/还原石墨烯复合材料，经热处理后获得还原石墨烯负载碳化钼或钨催化剂，该催化剂独特的结构极大限制了碳化钼或钨纳米粒子的团聚，增强了其分散性。

近年来，具有异质结构的材料在电化学领域的应用引起了广泛关注。Zhang等(Adv.Funct.Mater.2014,24,3399-3404)以CMK-3为硬模板制备MoO3/CMK-3，氮气气氛热处理后获得异质结构的二氧化钼/碳化钼纳米管，在锂离子电池充放电循环方面表现出优异的性能。Yang等(ACS Appl.Mater.Interfaces 2016,8,19987-19993)以钼酸铵和苯胺为原料，以1.0M HCl调节pH＝4～5，并在50℃恒温2小时后得到前驱体，经高温热解后得到二氧化钼/碳化钼/碳纳米线，并表现出优异的充放电性能。Liu等(Appl.Surf.Sci.2018,427,693-701)以钼酸铵、β-环糊精为原料，经180℃水热、高温热解获得了核壳结构的二氧化钼/α-碳化钼，表现出优异的析氢性能，但其制备工艺复杂，流程相对较长，影响了其工业应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化钼/二氧化钼复合纳米线及其制备方法与应用，该方法简单可行、易于放大，制备得到的异质结构的碳化钼/二氧化钼复合纳米线，由于二氧化钼和碳化钼间的电子协同作用及一维结构，具有优异的电解水析氢反应性能。

本发明提供的一种碳化钼/二氧化钼复合纳米线的制备方法，包括如下步骤：

(1)将溶液A和溶液B的混合，得到钼酸盐-有机胺杂化前驱体；所述溶液A由钼酸盐和乙二醇组成；所述溶液B由有机胺类物质、乙二醇和水组成；所述有机胺类物质为三聚氰胺、苯胺和双氰胺中的任一种或几种；