[发明专利]一种硼氧化钼纳米多孔薄膜电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种硼氧化钼纳米多孔薄膜电催化剂及其制备方法和应用。首先对表面干净的钼箔进行阳极氧化处理，得到多孔阳极氧化钼纳米薄膜，然后以多孔阳极氧化钼纳米薄膜为模板和钼源，利用硼氧混化物粉末为固体硼源，在氢气/氩气气氛下，采用一步化学气相沉积的方法制备出对电化学析氢具有高电催化活性的硼氧化钼的纳米多孔薄膜催化剂。本发明制备过程简易温和，制备出了疏松多孔的纳米薄膜，硼氧化钼异质结构使得氧化钼中电子向硼化钼转移，优化了硼化钼的局域电子结构，改善了其对氢的吸附能，增加了电催化析氢性能。该薄膜材料疏松多孔、富含缺陷，可以增加电催化活性位点，加快电化学反应，具有优异的电化学析氢性能和电催化稳定性。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种硼氧化钼纳米多孔薄膜电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

全球化石燃料消耗量的增大造成了日益严峻的能源危机和环境污染，因此人类急需寻找高效、清洁和无污染的新型能源。氢气作为可持续的清洁新能源，具有替代化石燃料的极大潜力，以满足人类未来的能源需求。电解水制氢具有产量大和能耗低等特点，因此该技术被广泛用于产氢。目前，电催化析氢所需的传统催化剂贵金属Pt表现出优异的催化性能，例如较小的起始电位及塔菲尔斜率和较大的交换电流密度，但是Pt的价格昂贵，制备成本高，因此不利于其大规模工业化应用，因此寻找催化性能好且廉价的新型非贵金属电催化剂有着重大的实用意义。

近年来，过渡金属硫化物，氮化物，磷化物和碳化物等低维纳米材料表现出不同于体相材料的特性，成为新型的析氢电催化剂的研究热点。相对于二硫化钼等过渡金属硫化物低维材料而言，其载流子迁移率较低，使得其在电催化领域的应用存在很大局限性。过渡金属硼化物有着多样的结构特性和优异的电、力和热学性能，引起了人们的广泛关注。其中，硼化钼的复杂的成键方式，优异电子特性、机械性能和热力学性质，使得其晶体结构的制备一直是实验的研究热点。近年来，理论预测表明硼化钼具有高效的电催化析氢性能，这是由于硼的缺电子特性增大了硼化钼电导率和改善了催化活性位点，从而使得其拥有高效的电催化析氢性能。

多孔薄膜材料有着较大的比表面积，这不仅增大了固相催化剂与电解液的接触面积，还提供了电荷快速传输的通道，有利于氢的快速脱附，加快析氢反应，从而提高电催化析氢性能，因此其有成为新型电催化析氢催化剂的巨大潜力。目前，传统的硼化钼制备方法主要有高温高压合成法、机械化学合成法、电弧熔炼合成法等，由于此类硼化钼制备方法所需的高温高压等苛刻条件和体相的产物材料，造成制备成本高，难度大且实际应用不理想。基于硼化钼的优异的电子特性，以及多孔薄膜材料的独特结构，我们需要寻找一种能制备过渡金属硼化钼薄膜的简易方法，并研究其在电催化析氢领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种硼氧化钼纳米多孔薄膜电催化剂及其制备方法和在电化学析氢中的应用。以阳极氧化后的钼箔为模板和钼源，利用硼氧混化物粉末为固体硼源，采用一步化学气相沉积的方法制备出对电化学析氢具有高电催化活性的硼氧化钼的纳米多孔薄膜催化剂。本发明制备过程简易温和，制备出了疏松多孔的纳米薄膜，硼氧化钼异质结构使得氧化钼中电子向硼化钼转移，优化了硼化钼的局域电子结构，改善了其对氢的吸附能，增加了电催化析氢性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种硼氧化钼纳米多孔薄膜电催化剂，所述催化剂为以阳极氧化后的钼箔为模板和钼源，以硼氧混化物粉末为固体硼源，通过一步化学气相沉积制备而成的硼化钼与氧化钼两相共存的纳米多孔薄膜，所述纳米多孔薄膜具有疏松多孔的材料特征。

进一步地，所述催化剂含有以下质量份数的组分：Mo：70-90份，B：5-15份，O：5-15份。

本发明还提供一种硼氧化钼纳米多孔薄膜电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)钼箔片前处理：将钼箔分别用丙酮，乙醇和去离子水各超声清洗30-60分钟，除去表面的有机物和金属杂质，氮气吹干；