[发明专利]N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料及其制备方法和应用，该N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料的制备方法包括：1)将MoO₃纳米棒、表面活性剂、锌源、二甲基咪唑在溶剂中进行接触反应以制得前驱体粉末；2)将前驱体粉末在保护气下煅烧碳化，接着将煅烧碳化产物进行磷化处理以得到N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料。该N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料具有优异的催化活性，进而使得其能够应用于HER电催化中，同时该制备方法具有操作简单，形貌均匀并且可控的优点。

技术领域

本发明涉及MoP纳米材料，具体地，涉及一种N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于其清洁、可再生和丰富的自然资源，氢气被认为是最有前途的能源载体之一。在各种制氢方法中，电化学制氢法因其高效、可持续、环保等优点而备受关注，在水电解中，为有效获得氢并减少过电位，电催化剂起着至关重要的作用。

迄今为止，铂族贵金属被视为商业HER电催化剂，显示出极低的过电势。不幸的是，它们的低丰度和高价格限制了它们的大规模应用，因此不可避免地要开发出地球含量丰富的高性能HER电催化剂。

在过去的几十年中，许多非贵金属电催化剂表现出了优越的HER活性。在候选的催化材料中，过渡金属磷化物，特别是钼基磷化物，由于其丰富的资源、低成本、合适的电子结构和化学稳定性，引起了人们的极大兴趣。然而，它们的进一步应用主要受到电导率的限制和活性位点的缺乏。为了提高磷化钼的析氢活性，常见的方法有掺杂非金属，设计双金属磷化物，与碳基材料复合等策略，进而增加反应的活性位点，提高其催化活性，常见的有C掺杂、N掺杂等。但是掺杂的量的控制以及形貌的保持问题仍待解决，这些问题导致掺杂后的材料活性位点减少，催化析氢反应活性降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料及其制备方法和应用，该N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料具有优异的催化活性，进而使得其能够应用于HER电催化中，同时该制备方法具有操作简单，形貌均匀并且可控的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料的制备方法，包括：

1)将MoO₃纳米棒、表面活性剂、锌源、二甲基咪唑在溶剂中进行接触反应以制得前驱体粉末；

2)将前驱体粉末在保护气下煅烧碳化，接着将煅烧碳化产物进行磷化处理以得到N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料。

本发明还提供了一种N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料，该N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料根据上述的制备方法制得。

本发明进一步提供了一种如上述的N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料在HER电催化中的应用。

在上述技术方案中，本发明在步骤1)中，通过将MoO₃纳米棒、金属有机框架材料(锌源、二甲基咪唑反应得到，作为模板)结合得到前驱体粉末，然后通过步骤2)中的煅烧碳化得到多孔碳层包覆的MoO₃纳米棒，最后通过磷化处理得到N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料。

该N掺杂多孔碳包覆的MoP纳米棒材料中的多孔碳层的金属有机框架因为其多孔，比表面积大，为催化剂提供更大的接触面积，暴露更多的活性位，从而能够有效提高析氢催化活性。该制备方法操作简单，形貌均匀并且可控，活性位点数量较多，克服了现有技术中形貌难以控制、产量低、制备成本高的问题，进而使其能够更好地应用于电解水析氢反应阴极催化剂材料中。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：