[发明专利]一种一维磷化钼纳米棒及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种一维磷化钼纳米棒及其制备方法与应用，制备方法包括步骤如下：将三氧化钼粉末和腺嘌呤均匀分散在去离子水中，得到分散液，将所得分散液进行水热反应，反应完成后，自然冷却至室温，经离心、洗涤、干燥，得到三氧化钼‑腺嘌呤带状前驱体；将所得三氧化钼‑腺嘌呤带状前驱体与次磷酸二氢钠进行磷化反应，自然冷却至室温，得到一维磷化钼纳米棒。本发明得到了均匀氮掺杂的纳米颗粒组成的磷化钼纳米棒，同时具有不同晶面提供了大量的表面活性位点，显著提升了磷化钼的催化活性。本发明的制备方法成本低廉，操作简便，原料绿色无污染无毒性，生产流程安全简单，适合工业化生产，在磷化钼及过渡金属磷化物领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种一维磷化钼纳米棒及其制备方法与应用，属于纳米催化材料技术领域。

背景技术

近年来，由于环境污染以及石油、煤炭等传统能源的储量不足迫使人们对绿色清洁能源进行探索，尤其是石油、煤炭等化石燃料燃烧时释放出的二氧化碳、二氧化硫等均对环境有着不可逆转的危害，对空气所造成的污染日益加剧。因此，如何采用简单低成本低能耗的方法制备清洁能源成为当下研究的热门课题。

氢气作为一种零碳排放量的清洁能源，已经被广泛认为是当下传统能源(如化石燃料)最有希望的替代品，当前社会对于开发绿色低碳的氢气能源需求非常突出。目前，制备氢气的方法很多，其中通过电解水制备氢气的办法由于原料低廉易得、工艺简单、绿色环保，是目前最常用的制备氢气的方法，而电解水制氢的效率与所用的析氢催化剂具有很大的关系。现今电解水催化效率最高的析氢催化剂主要是基于金属铂为代表的贵金属催化剂，但是其昂贵的价格以及稀有性极大地限制了它的进一步发展和大规模实际应用。因而，开发价格低廉、催化高效的析氢催化剂是十分必要的。

磷化钼，作为一种核外电子排布与贵金属铂非常相似的过渡金属磷属化合物，因其较高的催化活性，有望取代金属铂作为高效的析氢反应催化剂。进一步的理论和实验表明，块状磷化钼本身的析氢催化性能很差，其表面积小，催化活性位点很少存在于表面。因此，增加磷化钼的表面活性位点是提高其电催化析氢性能的一个重要方法。

目前，制备高催化活性的磷化钼主要通过以下方法：(1)制备纳米多孔结构的磷化钼，从而增加磷化钼的表面活性位点；(2)在磷化钼中进行原子掺杂。例如：中国专利文件CN107999105A提供了一种具有多孔棒状形貌结构的磷化钼析氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：将钼酸铵和磷酸二氢铵溶解于去离子水中，加入脱脂棉，使脱脂棉充分吸收上述溶液；然后将脱脂棉干燥后，在一定温度下保温得到磷化钼前驱体；最后将前驱体在还原气氛中，一定温度下保温，冷却到室温，即可得到具有棒状多孔形貌结构的磷化钼析氢催化剂。但是，上述方法需要加入模板来制备棒状多孔形貌的磷化钼材料，同时制备工艺复杂、制备成本较高、产品稳定性较差。中国专利文件CN108772089A提供了一种具有神经式网络结构的氮掺杂、碳连接磷化钼高性能析氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：将钼酸铵、磷酸二氢铵和尿素溶于去离子水中，搅拌溶解得到溶液，将上述溶液在80℃，搅拌条件下陈化。之后加入三聚氰胺树脂泡沫进行吸附；将吸附后的三聚氰胺树脂泡沫干燥，得磷化钼前驱体，将前驱体在氮气气氛下煅烧，最后自然冷却到室温，即得。但是，上述方法所制备的材料均匀性较差，掺杂缺陷难以控制，且所需原料较多，步骤较为繁琐，极大地限了制其在实际商业化中的应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种一维磷化钼纳米棒及其制备方法与应用。本发明的制备方法工艺简单、绿色环保、生产成本低、能够大规模商业化制备。本发明所得磷化钼纳米棒具有不同的晶体界面，具有较高的析氢催化活性。

本发明的技术方案如下：

一种一维磷化钼纳米棒，所述磷化钼纳米棒的微观形貌为均匀氮掺杂的纳米颗粒组成的纳米棒，所述纳米棒的直径为50-80nm，所述纳米颗粒的粒径为50-80nm；所述的磷化钼纳米棒的主要暴露晶面为(100)与(001)晶面。

根据本发明，上述一维磷化钼纳米棒的制备方法，包括步骤如下：