[發明專利]一種氮摻雜碳包覆的Ni＆MoO2超細納米線及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710735409.1
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107685150B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 麥立強;劉熊;溫波;郭瑞婷
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明涉及一種氮摻雜碳包覆的Ni&MoO₂超細納米線及其制備方法和應用，該材料可作為高活性、高穩定性的析氫反應電催化劑，其陣列式的生長在碳布上，該納米線由Ni納米顆粒和MoO₂納米顆粒嵌入在氮摻雜的碳層組成，所述的納米線的直徑為10～20nm，長度為1～2μm，所述的納米線材料的比表面積為87.1m²g^?1，其外表存在具有保護作用的氮摻雜的碳層。本發明的有益效果是：本發明作為析氫反應材料時表現出優異的析氫反應催化活性和耐久性，是高效率、低成本析氫反應電催化劑的潛在應用材料。

技術領域

本發明屬于能源和催化材料領域，具體涉及一種氮摻雜碳包覆的Ni&MoO₂超細納米線及其制備方法和應用，該材料可作為高活性、高穩定性的析氫反應電催化劑。

背景技術

隨著化石能源的快速消耗和環境問題的日益突出，氫氣已被認為是最清潔和最具有發展潛力的能源之一。商業上主要是通過煤炭的汽化制備氫氣，但二氧化碳的排放和環境污染問題不可避免和忽視。析氫反應作為電解水的半反應，是一種能夠生產高純度氫氣的無污染技術。高效的析氫反應電催化劑需要滿足能夠加快陰極反應和在低的過電勢下獲得高電流密度的要求。貴金屬鉑基材料是最理想的析氫反應催化劑，但是其低存儲量、高成本和較差的穩定性極大限制了大規模商業應用。因此，尋找一種來源豐富的、具有高催化活性和穩定性的非貴金屬基催化劑材料顯得尤為重要。

具有扭曲金紅石結構的二氧化鉬(MoO₂)材料，具有高的電子電導(8.8×10^-5Ω·cm) 和優異的熱/化學穩定性，在催化、能源領域得到了廣泛研究。最近研究發現Mo原子邊緣和 O原子邊緣均為催化活性位點，但MoO₂存在嚴重的團聚現象和少的活性位點，嚴重限制了其析氫反應催化活性。為了解決MoO₂的團聚問題和獲得高的催化活性，碳包覆、構筑復合材料、摻雜等是一種有效的策略；同時，一維納米線結構材料因其擁有一維的電子傳輸通道、更多的活性位點和減少團聚等優點，被廣泛應用于能量存儲與轉化中。因此，合成具有一維納米線結構的碳包覆鉬基復合材料對發展高效穩定析氫反應催化劑具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種氮摻雜碳包覆的Ni&MoO₂超細納米線的制備方法，所得到的納米線復合材料具有優異的析氫反應活性和穩定性。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種氮摻雜碳包覆的Ni&MoO₂超細納米線，其陣列式的生長在碳布上，該納米線由Ni納米顆粒和MoO₂納米顆粒嵌入在氮摻雜的碳層組成，所述的納米線的直徑為10～20nm，長度為1～2μm，所述的納米線材料的比表面積為87.1m²g^-1，其外表存在具有保護作用的氮摻雜的碳層。

按上述方案，所述的Ni納米顆粒外表存在3～5層石墨化碳層，所述的MoO₂納米顆粒外表存在1～2層碳層。

按上述方案，所述的Ni納米顆粒的尺寸為8～15nm，MoO₂納米顆粒的尺寸為3～8nm。

氮摻雜碳包覆的Ni&MoO₂超細納米線的制備方法，包括有以下步驟：

1)取四水合鉬酸銨、六水合硝酸鎳和2-甲基咪唑，依次加入到甲醇溶劑中，攪拌得到均一的溶液；

2)將步驟1)所得溶液轉移至反應釜中，并在其中垂直放置一塊碳布，在一定溫度下進行溶劑熱反應；

3)待冷卻至室溫后，將步驟2)反應釜中的碳布樣品取出，并洗滌、烘干，得到生長在碳布上的、含鎳多鉬酸鹽有機-無機納米線前驅體；