[發明專利]一種多孔碳負載金屬復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610069843.6
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105642326B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 俞書宏;余自友;段玉
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;B01J35/02;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種多孔碳負載金屬復合材料及其制備方法和應用，該方法將NiMoO₄納米棒和碳源單體在Tris試劑溶液中進行反應，得到NiMoO₄/碳源前體；將該NiMoO₄/碳源前體煅燒，得到多孔碳負載金屬復合材料，其包括：多孔碳載體和負載在多孔碳載體上的鎳和碳化鉬。本發明方法步驟簡單，操作簡易，具有方便、快速等特點。在本發明中，多孔碳負載鎳和碳化鉬復合材料具有優異的催化電化學產氫產氧及全水分解性能。實驗表明，該復合材料作為催化劑在產氫反應中，過電位為0.25V時，其電流密度可達52mA/cm²；在全水解反應中，電位為1.68V時，其電流密度可達10mA/cm²，性能優異，在電催化產氫產氧及全水分解領域應用前景良好。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種多孔碳負載金屬復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著化石能源的快速枯竭，開發新能源成為一個令人關注的課題，其中水分解產氫被認為是一種有效的方法。水分解包括陰極產氫反應和陽極產氧反應，科學家們希望研發出廉價高效的催化劑來分別降低陰極和陽極反應的過電勢，從而通過降低施加的電壓來減低經濟成本。

在用于水分解產氫的催化劑中，鉑基催化劑有著良好的產氫催化活性，釕基催化劑有著良好的產氧催化活性。然而，這些貴金屬較低的資源儲量和昂貴的成本限制了其在實際商業生產中的應用。因此，探索高效、性能穩定和低成本的非貴金屬或者無金屬的催化劑用來代替貴金屬催化劑材料，這具有重要的商業價值和意義，相關研究亦得到了廣泛的關注。

強酸和強堿性電解液可以滿足水分解所需的快速離子傳輸的要求，相對于酸性電解液，堿性電解液產氫，由于其具有更低的蒸汽壓而能得到更高純度的氫氣，已經廣泛被工業界所接受。并且，大多數用于產氧的催化劑例如金屬氧化物，在堿性電解液中有著更高的活性，而在酸性電解液中活性和穩定性相對較差。因此，堿性條件催化劑的研究受到更為廣泛的關注。其中，金屬鎳(Ni)是地球最為豐富的元素之一，并且被一直用作堿性條件下的產氫反應的催化劑。但是，制備一種對產氫和產氧反應都有較高活性的催化劑，是目前水分解反應研究的難點和重點。

發明內容

有鑒于此，本申請提供一種多孔碳負載金屬復合材料及其制備方法和應用，本發明提供的復合材料具有電化學全水解催化活性高的優點，并且成本較低。

本發明提供一種多孔碳負載金屬復合材料，包括：

多孔碳載體；

和負載在多孔碳載體上的鎳和碳化鉬。

優選地，所述復合材料中，鎳的質量分數為10％～30％，碳化鉬的質量分數為25％～45％，碳的質量分數為25％～65％。

優選地，所述復合材料為一維納米棒狀。

優選地，所述復合材料的直徑為50nm～210nm，所述復合材料的長徑比為10～80:1。

本發明提供一種多孔碳負載金屬復合材料的制備方法，包括以下步驟：

將NiMoO₄納米棒和碳源單體在Tris試劑溶液中進行反應，得到NiMoO₄/碳源前體；

將所述NiMoO₄/碳源前體進行煅燒，得到多孔碳負載金屬復合材料；

所述復合材料包括：多孔碳載體；和負載在多孔碳載體上的鎳和碳化鉬。

優選地，所述NiMoO₄納米棒按照以下步驟制得：