[发明专利]高温相纳米α-MoB2

说明书

本发明公开了一种高温相纳米α‑MoB₂电极制备方法，包括高温相α‑MoB₂纳米颗粒的高能机械合金化合成以及后续的电极片烧结与组装方法。在氩气保护手套箱中取Mo粉、B粉按照原子比1：2与一定量的球磨小球一起封入不锈钢球磨罐中；再将球磨罐置于高能球磨机中球磨；然后将球磨得到的高温相α‑MoB₂纳米颗粒粉末置于石墨模具中，用放电等离子体烧结法烧结成片；再将烧结得到的片状样品用导电银浆黏在铜片上，待干燥后制成可用于电催化反应的电极。本发明制备材料工艺简单，不涉及高温高压，适合大规模产业化生产。本发明制备得到的析氢反应电催化电极具有较高的催化性能，其在10mA/cm²时的过电势不高于105mV(vs.RHE)，具有高电催化活性。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，涉及一种具有高电催化活性的高温相纳米α-MoB₂电极制备方法，应用于酸性条件下电解水反应的阴极HER析氢反应。

背景技术

随着人类社会的发展，不可再生的化石燃料逐渐枯竭，带来了能源危机、环境恶化等诸多问题，有必要找到一种新型的清洁的能源作为其替代品。氢气(H₂)作为一种理想的清洁能源载体，是优异的能量存储介质。现阶段H₂的制备仍然需要化石燃料的蒸汽重整过程来实现，因此急需寻找一种无污染、成本低的生产方法。由此人们利用电解水产生氢气，但由于电解水使用的催化剂为贵金属价格昂贵且地壳含量较少，不利于电解水技术的发展，因此迫切需要寻找一种新型、高效、地壳含量比较丰富的元素来代替贵金属催化剂，以降低反应过程的析氢电位。

在过去的几十年中，作为贵金属电催化剂的替代方案，研究者对过度金属基电催化剂的开发做出了巨大的努力。目前，有关过渡金属硫化物、过渡金属碳化物、过渡金属磷化物以及过渡金属氮化物HER催化性能的研究也已经取得长足的发展。过渡金属硼化物是一种间隙化合物，由于B原子半径小，容易填入金属晶格的间隙中形成化合物，从而使金属原子可以在很大程度上保持原有的金属键连接方式。同时，B的电子数、电负性、电离能、独特的外层电子排布以及过渡金属与B原子之间电子转移数量的多样性都决定了过渡金属硼化物中化学键的成键方式和成键强弱，最终导致了过渡金属硼化物丰富的晶体结构和潜在的催化的多功能性质。

在这些硼化物中，含有类石墨烯扁平硼层的材料，如α-MoB₂、FeB₂和VB₂，其HER活性最高。随后，科研工作者研究了类石墨烯扁平B层对催化活性的影响，在过渡金属钼硼化物中，根据DFT自由能计算以及实验结果都表明，石墨烯类硼层具有较高的HER活性，而磷烯类硼层的活性要低得多。因此，近年来具有类石墨烯扁平硼层的钼硼化物中的α-MoB₂由于其潜在的高催化性能得到了广泛的关注。然而，α-MoB₂目前的合成主要是高温高压或者电弧熔炼法，温度需要1500K～2100K，压力为1GPa～6GPa，反应条件较为严苛，样品化学计量比控制较为困难，α-MoB₂产率低下。因此，亟需开发一种适用于工业化规模应用的低成本合成方法。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种高温相纳米α-MoB₂电极制备方法，本发明制备材料工艺简单，不涉及高温高压，适合大规模产业化生产。本发明制备得到的析氢反应电催化电极具有较高的催化性能，其在10mA/cm²时的过电势不高于105mV(vs.RHE)。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温相纳米α-MoB₂电极制备方法，包括以下步骤：

(1)在氩气手套箱中，按照Mo与B原子数比为1：2的比例，称取Mo单质与B单质粉末原料，与将原料与球磨小球一起封入球磨罐中；所述Mo单质、B单质的纯度均不低于99.9％；