[发明专利]一种钨酸锰纳米片材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钨酸锰纳米片材料及其制备方法与应用，该钨酸锰纳米片材料的制备方法包括：将钨酸钠和氯化锰在水中混合在一起，使混合后溶液中钨酸钠浓度为0.5～1.5毫摩尔/升、氯化锰浓度为0.5～1.5毫摩尔/升，从而制得前驱体混合溶液；将基底置于所述前驱体混合溶液中，并将基底与前驱体混合溶液一起转移到高压釜中，然后在160～180℃下反应360～480分钟，再进行清洗和干燥，从而在所述基底上制得MnWO₄纳米片。该钨酸锰纳米片材料直接作为电化学分解水的工作电极。本发明不仅在各种pH值的电解液环境中均具有良好的电解水催化活性，而且快速高效、成本低廉、制备简单、对环保无污染，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及过渡金属钨酸盐纳米材料领域，尤其涉及一种钨酸锰纳米片材料及其制备方法与应用。

背景技术

人类社会的发展与能源息息相关，在过去的两个多世纪里，人类的能源供给主要依赖于石油、天然气、煤等不可再生的化石燃料。但随着石油、煤等化石能源的逐渐枯竭以及环境问题的日益突出，开发绿色可循环的新型能源迫在眉睫。氢能具有无污染、效率高、可简单制备等特点，被认为是未来最理想、最有潜力的能源载体。工业上制备氢气的方法主要有：甲醇制氢、煤化气制氢和电解水制氢；前两种是制备氢气的主要方法，都依赖于化石燃料，而电解水制氢以地球上储量丰富且可回收的水为原料，因此电解水制氢是一种可持续的方法。电解水制氢催化剂是电解水制氢系统中最关键的环节之一，一直是人们研究的重点对象。

目前，电解水制氢催化剂效率最高的是贵金属铂，但是由于铂基贵金属在地球上含量较少、价格昂贵，因此这限制了贵金属催化剂的大规模应用，而开发价格便宜且具有可持续性的电解水制氢催化剂成为了人们的关注热点。过渡金属作为电解水制氢催化剂主要包括过渡金属磷化物、过渡金属碳化物、过渡金属硫化物和过渡金属氧化物等，这些非贵金属催化剂原料丰富、成本低廉，并且催化活性近几年也得到了较大提高，但现有技术中电解水制氢的非贵金属催化剂只能适用于pH值较窄的电解液环境中，要么只能适用于碱性电解液环境中，要么只能适用于酸性电解液环境中，要么只能适用于中性电解液环境中，一旦更换到不适用的电解液环境中则无法发挥电解水催化活性。

发明内容

为了解决现有技术中电解水制氢的非贵金属催化剂只能适用于pH值较窄的电解液环境中这一技术问题，本发明提供了一种钨酸锰纳米片材料及其制备方法与应用，不仅在各种pH值的电解液环境中均具有良好的电解水催化活性，而且快速高效、成本低廉、制备工艺简单、对环保无污染，适合大规模工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钨酸锰纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、将钨酸钠和氯化锰在水中混合在一起，使混合后溶液中钨酸钠浓度为0.5～1.5毫摩尔/升、氯化锰浓度为0.5～1.5毫摩尔/升，从而制得前驱体混合溶液；

步骤B、将基底置于所述前驱体混合溶液中，并将所述基底与前驱体混合溶液一起转移到高压釜中，然后在160～180℃下反应360～480分钟，再进行清洗和干燥，从而在所述基底上制得MnWO₄纳米片。

优选地，所述的基底采用泡沫镍、碳纤维布或钛箔。

优选地，所述的进行清洗和干燥包括：依次采用去离子水和乙醇对所述基底和基底上生长的MnWO₄纳米片进行超声清洗，以去除表面上附着的残余物质，然后对清洗后的所述基底和基底上生长的MnWO₄纳米片进行干燥。

一种钨酸锰纳米片材料，采用上述的钨酸锰纳米片材料的制备方法制备而成。

优选地，钨酸锰纳米片均匀生长在基底上。

一种钨酸锰纳米片材料的应用，将上述钨酸锰纳米片材料作为电解水制氢催化剂。