[发明专利]一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料及其制备方法与应用，所述氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料是首先采用水热合成法在基底上负载水合氧化钨纳米线前驱体，然后将水合氧化钨纳米线前驱体在焙烧炉中于惰性气氛下进行高温退火，并在高温退火过程中向焙烧炉中引入含氮的有机物进行高温热解反应而得。本发明制备工艺流程简单，操作容易，成本低，不使用易燃易爆的气体，且所得复合材料中的氮掺杂碳均匀包覆在氧化钨纳米线表面，碳层厚度可控，催化性能提高，稳定性强，对于工业电解水催化剂的发展具有大规模应用的潜力。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体地说是涉及一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

氧化钨是一种重要的半导体材料，具有较小的带隙和优异的物理化学性质，同时其储量丰富、组成高度可调控、以及适当pH下高度化学稳定性和优异的导电性等特点，一直是研究的热点，在气体检测、电致变色、光学器件、光催化和电催化方面具有广泛的应用。

氧化钨材料种类繁多，具有多种存在形态和晶体结构，除了具有化学计量的WO₃，还包括WO₂、WO_2.72 (W₁₈O₄₉)、WO_2.75、WO_2.8、WO_2.9和WO_2.92等亚化学计量的氧化物形态，其通用化学分子式为WO_3-x (x=0-1)。当0<x<0.1时，WO_3-x的电学和化学性能由包括极化子在内的局域电子控制，其准粒子由晶格中的载流子和极化场组成；当x=0.1时，WO_3-x进行金属-绝缘体转变，局域极化波函数开始重叠并形成离域状态；当x>0.1时，WO_3-x的电学和化学性能由自由电子控制。因此对于纯三氧化钨（WO₃）来说，其为绝缘体，较低的导电率降低了其催化活性。

同时，由于氧化钨材料在适当pH下保持高度化学稳定性，不溶于水和酸（微溶于HF酸），但是缓慢溶于浓碱溶液和氨水，因此氧化钨材料在电催化领域的应用中主要应用于酸性电解水制氢方面，如何将其用作碱性析氢电催化剂等工业电解水催化剂是当前亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料。

本发明的目的之二是提供一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料的制备方法。

本发明的目的之三是提供前述氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料在工业电解水催化剂特别是碱性析氢电催化剂方面的应用。

本发明的目的之一是这样实现的：

一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料，氮掺杂碳包覆在氧化钨纳米线表面，且所述氧化钨纳米线为缺陷态氧化钨纳米线。

优选地，所述氮掺杂碳的厚度为0.5~2.0 nm。

所述氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料是在基底上负载水合氧化钨纳米线前驱体，并在水合氧化钨纳米线前驱体于惰性气氛下进行高温退火过程中引入含氮的有机物进行高温热解反应而得到的。

本发明的目的之二是这样实现的：

一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（a）采用水热合成法在基底上负载水合氧化钨纳米线前驱体；

（b）将步骤（a）所得水合氧化钨纳米线前驱体在焙烧炉中于惰性气氛下进行高温退火，并在高温退火过程中向所述焙烧炉中引入含氮的有机物进行高温热解反应，即可得到氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料。