[发明专利]一种氮掺杂多孔纳米球负载纳米花状Mo2C复合材料和制法

说明书

本发明涉及电解水析氢技术领域，且公开了一种氮掺杂多孔纳米球负载纳米花状Mo₂C复合材料，具有更好的催化性，这得益于多孔碳中的氮掺杂会引起电荷极化和缺陷，从而激活催化位点，而且氮原子掺杂不仅可以进一步优化多孔碳的导电性，同时，氮原子掺杂多孔碳材料具有高的比表面积和微孔率，氮原子的引入增加了材料的导电性和与电解液的浸润性，提高多孔碳和吸附质之间的相互作用，高的导电性和石墨型氮含量不仅增加了电化学反应位点，而且提高了内部的电子传输能力和离子扩散能力，而且负载在氮掺杂多孔纳米球表面的纳米Mo₂C颗粒提供了更多的活性位点，从而有利于氢离子的吸附，降低了析氢过电位，使析氢反应容易进行。

技术领域

本发明涉及电解水析氢技术领域，具体为一种氮掺杂多孔纳米球负载纳米花状Mo2C复合材料和制法。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染的加剧，清洁和可再生能源的开发和探索显得非常重要和紧迫，由于其较高的能量密度和完全清洁的产品，氢能被认为是最有前途的候选者之一，电化学水分解被认为是通过氢释放反应产生氢能的最环保的技术之一，氢反应效率在很大程度上取决于电催化剂的物理化学和电化学性质，尽管商业的Pt和Pt基贵金属已经获得成功，但由于它们的耐用性，低地壳含量和高成本，它们仍然受到市场的阻碍，近年来，各种非贵金属催化剂已被广泛用作有前途和廉价的电催化材料，其中，钼基材料在水的电催化分解应用中引起了广泛关注，并被认为具有与Pt相似的活性。

钼基材料在电催化分解水应用中备受关注，并被认为具有类似Pt的活性，其中，碳化钼Mo₂C基材料由于其电子d带结构的相似性以及吉布斯的氢吸附自由能与Pt的接近而受到特别关注，此外，它具有高的导电性和良好的热稳定性，Mo₂C纳米结构的常备问题之一是它们的比表面积小，与电解质接触面积低，使得工作效率差，同时，纳米结构易于团聚，严重限制了其电催化性能，这样的团聚抑制了电解质向电极表面的输送，因此抑制了电催化分解水活性，可以通过将Mo₂C与碳载体负载来避免团聚，将Mo₂C限制在导电碳支架中可以促进电解质的便捷运输并增强整体电催化响应，使得Mo₂C对电催化分解水析氢具有更好的电催化活性，碳纳米支架中杂原子的存在可以确保进一步提高电催化活性，但传统碳材料比表面积小，可提供的负载位点少，不能充分发挥负载体的优势。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮掺杂多孔纳米球负载纳米花状Mo2C复合材料和制法，解决了单一的Mo₂C的电催化分解水产氢的效率较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮掺杂多孔纳米球负载纳米花状Mo₂C复合材料，所述氮掺杂多孔纳米球负载纳米花状Mo₂C复合材料的制法包括以下步骤：

(1)将氢氧化钠溶液滴加到在β-环糊精溶液中，搅拌均匀，然后加入对甲苯磺酰氯的乙腈溶液，在20-35℃下反应2-4h，用盐酸调节滤液pH至中性，静置10-15h后，得到对甲苯磺酰基β-环糊精；

(2)将对甲苯磺酰基β-环糊精投入到乙二胺中，在N₂的保护下氨基化反应，将反应后的溶液减压旋蒸，产物倾入丙酮中，收集沉淀，得到乙二胺接枝β-环糊精；

(3)将乙二胺接枝β-环糊精溶于蒸馏水中，搅拌至澄清后，转移至水热反应釜中进行水热碳化，产物冷却至室温，经乙醇、蒸馏水洗涤，减压抽滤，干燥得到碳球后前驱体；

(4)将碳球后前驱体和氢氧化钾研磨均匀，置于管式炉中，在氮气气氛中煅烧碳化，得到氮掺杂多孔纳米球；