[发明专利]碳化钼材料、碳化钼@硫化钼复合材料及制备方法与应用

说明书

本发明公开了碳化钼材料、碳化钼@硫化钼复合材料及制备方法与应用，将碳源、钼源加入到分散液中，搅拌6‑12 h，然后在80‑120℃下进行干燥，研磨，收集，形成碳化钼前驱体；在惰性气氛下，将所述碳化钼前驱体由室温经程序升温至400‑900℃，在该温度下煅烧1‑3 h，研磨，收集，得到碳化钼。采用硫化剂对所述碳化钼在160‑400℃下进行硫化处理，得到碳化钼@硫化钼。所述碳化钼和碳化钼@硫化钼均具有多孔纳米片状结构的形貌，该微结构既有利于电解液存储降低电荷转移阻抗，又能提供更多的电催化活性位；两者均可用作HER电催化剂，催化活性高、稳定性好，有望取代Pt基催化剂进行电解水制氢气。

技术领域

本发明涉及钼基析氢反应电催化剂制备的技术领域，尤其涉及碳化钼材料、碳化钼@硫化钼复合材料及制备方法与应用。

背景技术

经济快速发展带来了对能源需求的不断增加，环境危机促使人们更多地追求可持续的清洁燃料，其中氢气在很大程度上满足了作为未来能源的要求。目前，工业氢气的生产很大程度上依赖于甲烷重整和煤气化，这些仍然依赖于有限且不可再生的化石燃料，同时产生大量的二氧化碳。此外，利用可再生能源，如风能和太阳能分解水制氢，已成为近年来的研究重点。电解水中的氢的解离和解吸是获得氢气的基本步骤，因此需要高活性的电催化剂。

铂（Pt）基材料（合金或复合物）被认为是酸溶液中最优异的析氢反应（Hydrogenevolution reaction，HER）电催化剂，能耗损失在所有报道的HER电催化剂中最低，但其高成本和材料稀缺限制了工业应用，同时其碱性条件下的催化活性还有待提升。钼（Mo）基化合物材料（包括钼的碳化物、氮化物、硫化物和磷化物）由于具有类似Pt的电子结构和较好的催化活性，已经成为一种较为热门的HER电催化剂。其中，碳化钼/硫化钼因在酸性和碱性条件下均具有出色的催化活性和较好的耐久性而受到HER电催化剂研究者们的特别关注。一般情况，催化性能依赖于活性位点的数量，通过对结构的功能性设计，制备出更高比表面的钼基HER电催化剂，以提供更多的催化活性位点是解决低电催化活性的主要办法之一。

现有报导的碳化钼HER电催化剂的主要缺点是由于高结晶温度的要求导致其比表面积减小，活性位点有限，因此催化活性较低。而另一种 HER电催化剂，具有二维层状结构硫化钼由于其较低的导电性，易堆叠性质以及活性位点受限于体材料边缘（层状体结构并无活性位点）而限制了电荷传输和动力学速率，从而限制了其电催化效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供碳化钼材料、碳化钼@硫化钼复合材料及制备方法与应用，旨在解决现有钼基HER电催化剂因比表面积小、活性位点有限导致其催化活性低，以及硫化钼材料因导电性较低、二维层状结构易堆叠且活性位点受限于体材料边缘限制了电荷传输和动力学速率从而导致其催化效率低的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种碳化钼材料的制备方法，其中，包括：

步骤A、将碳源、钼源加入到分散液中，搅拌6-12 h，然后在80-120 ℃下进行干燥，研磨，收集，形成碳化钼前驱体；

步骤B、在惰性气氛下，将所述碳化钼前驱体由室温经程序升温至400-900 ℃，在该温度下煅烧1-3 h，研磨，收集，得到碳化钼材料。

所述的碳化钼材料的制备方法，其中，步骤A中，所述碳源选自二氰二胺、三聚氰胺、三聚氰酸、苯代三聚氰胺、尿素、葡萄糖和蔗糖中的一种或多种。

所述的碳化钼材料的制备方法，其中，步骤A中，所述钼源为四水合钼酸铵和/或七钼酸铵。

所述的碳化钼材料的制备方法，其中，步骤B中，所述程序升温采用的升温速率为2-5 ℃/min。