[发明专利]片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制法

说明书

本发明提供片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制法，在不超过800℃的加热条件下，通过还原气体经一步法反应，即可合成具有优良电催化性能的片状碳化二钼/过渡金属质结电催化复合材料。本发明提供的制备方法包括：步骤1.将过渡金属盐、钼酸盐、氟化铵溶解在溶剂中，添加尿素或六次甲基四胺调解混合溶液呈碱性，得到碱性混合液；步骤2.将碱性混合液和薄膜状的炭基底放入反应釜中，进行水热反应，反应温度为120℃～180℃，制备以炭基底作为载体的片状钼酸盐前驱体；步骤3.在还原气体气氛中，在不超过高于800℃的条件下，对炭基底连同片状钼酸盐前驱体进行热处理，制备片状碳化二钼/过渡金属异质结复合材料。

技术领域

本发明属于电催化复合材料领域，具体涉及一种片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制备方法。

背景技术

氢能源被认为是最能替代化石燃料能源的一种新能源。但是在电解水的过程中，析氢反应和析氧反应中的动力学过程非常缓慢，它需要较高的过电压才能产生较大的电流密度，从而导致整个反应过程能量转化效率低下。工业电解水的电压在1.8V左右，而水的理论分解电压是1.23V，阴极析氢反应和阳极析氧反应占据整个电压1/3，因此降低过电压是电解水的关键，尽管贵金属拥有高活性和低过电压的特性，因其价格昂贵，含量稀少而限制了它的大规模应用，所以学者们一直致力于研究低成本、高活性的析氢(析氧)催化剂来代替Pt(IrO₂和RuO₂)。

碳化二钼这类碳化物因其外层的d电子，催化性能类似于贵金属(Pt),因此被用来作为析氢催化剂，过渡金属具有未成对的3d电子，与水分子和OH^-有较强的吸附能力，表现出较好的催化活性，因此过渡金属被用来作为析氧催化剂。而二维片状碳化物材料因其优异的热稳定性，导电性，大的比表面积，在电子，传感器和催化等领域有着广阔的应用前景。

对比文献(High specific surface-area carbides of silicon andtransition-metals for catalysis.Catal.Today,1992,15(2):263-284.)叙述了利用金属和炭黑在高温条件下(大于1500℃)碳化制备碳化物的方法，然而所制备样品的形貌难以控制，不利于发挥所制得碳化物的催化性能。对比文献(Preparation of molybdenumcarbides using butane and their catalytic performance.Chem.Mater.2000,12(12):3896-3905.)，叙述了利用程序升温反应，将三氧化钼通过丁烷/氢气混合气先通过氢气还原成二氧化钼，再与丁烷反应制备碳化物的方法，但反应不够充分的话，容易形成样品表面积碳，影响活性位点与溶液的接触，从而导致性能降低。对比文献(A novel route tonanosized molybdenum boride and carbide and/or metallic molybdenum by thermo-synthesis method from MoO₃,KBH₄,andCCl₄.Solid State Chem.,2003,170(l):135-141.)叙述了利用溶液还原法，将三氧化钼还原成碳化钼，但该方法反应复杂，难以控制。现有制备碳化物的方法中存在诸多不利因素，如高温碳化，需要使用氢气，形貌不易控制，表面积碳严重，反应不够充分等，制约了二维片状碳化物材料的发展。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制备方法，在不高于800℃的加热条件下，通过还原气体经一步法反应，即可合成具有优良电催化性能的片状碳化二钼/过渡金属质结电催化复合材料，操作简单，产物形貌均一可控。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<制备方法>