[发明专利]碳化钼基催化剂及制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种碳化钼基催化剂及其制备方法和应用，该制备方法，包括：将钼酸盐、氟化物加入硝酸溶液中，然后进行水热反应，反应完成后过滤、洗涤、干燥后得到白色粉末；将白色粉末置于管式炉中，于氢和甲烷的混合气体下，煅烧即得碳化钼基催化剂。本发明的制备方法，首先制备出MoO₃纳米棒，这些纳米棒由于氟化物的刻蚀作用形成了多孔的结构，然后在CH₄/H₂的混合气体中碳化，碳化过程中氟和氢的结合形成氟化氢，成功地提高了碳化钼的比表面积，形成了多孔的纳米棒结构，当暴露于空气中时，被部分氧化形成丰富的碳化物和氧化钼的异质结构，由于较高的比表面积以及碳化钼和氧化钼之间的协同作用，从而实现了超高碱性电析氢活性。

技术领域

本发明涉及电解水催化剂技术领域，尤其涉及一种碳化钼基催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

水电解制氢由于其高效和环保操作而备受关注，然而在碱性条件下，水电解技术最严重的问题之一是相对缓慢的析氢反应(HER)，即使以Pt做为催化剂也是如此。

因此，开发具有优异活性，高稳定性和低价格的碱性HER催化剂来代替昂贵的商用Pt/C是氢能技术领域最紧迫的任务之一。催化剂中碳化钼(Mo₂C)由于其具有类似铂的电子构型，良好的电子电导率和优异的对水离解的催化活性从而在碱性条件下表现出与Pt催化剂相似的HER活性。

为了进一步提高基于Mo₂C催化剂的HER活性，现有技术公开了碳化钼纳米棒中掺杂磷来优化Mo₂C的氢吸附能，以实现89mV的过电位。然而Mo₂C的合成通常需要高温碳化过程，导致Mo₂C基催化剂的比表面积很小，由于暴露的活性位点相对较少，限制了Mo₂C基催化剂的HER活性。

基于，现有技术存在的缺陷，有必要对现有的碳化钼基催化剂进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种碳化钼基催化剂及其制备方法和应用，以解决现有的碳化钼基催化剂存在的缺陷。

第一方面，本发明提供了一种碳化钼基催化剂的制备方法，包括：

将钼酸盐、氟化物加入硝酸溶液中，然后进行水热反应，反应完成后过滤、洗涤、干燥后得到白色粉末；

将白色粉末置于管式炉中，于氢和甲烷的混合气体下，煅烧即得碳化钼基催化剂。

可选的，所述钼酸盐包括钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾、钼酸镁中的一种；所述氟化物包括氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化铯中的一种。

可选的，将钼酸盐、氟化物加入硝酸溶液中，于温度为180～220℃下水热反应18～24h。

可选的，煅烧具体为：以每分钟5℃的速率将温度升至750～800℃，并保温3～6h，即得碳化钼基催化剂。

可选的，所述氟化物与钼酸盐的摩尔比为0.1～0.8。

可选的，所述硝酸溶液的制备方法为：将1倍体积的浓硝酸溶于4～8倍体积的水中即得硝酸溶液。

可选的，将钼酸盐、氟化物加入硝酸溶液中，然后进行水热反应，反应完成后过滤、洗涤、于温度为60～70℃下干燥得到白色粉末。

第二方面，本发明还提供了一种碳化钼基催化剂，采用所述的制备方法制备得到。

第三方面，本发明还提供了所述的碳化钼基催化剂在电解水制氢气中的应用。

本发明提供的碳化钼基催化剂的制备方法，相对于现有技术具有以下有益效果：