[發(fā)明專利]一種碳原子層包覆的Mo-VC納米粉體的制備方法

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• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109967116A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹麗云;張寧;李曉藝;馮亮亮;黃劍鋒;李嘉胤;馮永強;趙亞娟
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 西安眾和至成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

一種碳原子層包覆的Mo?VC納米粉體的制備方法，將雙氰胺，偏釩酸銨，鉬酸銨和草酸銨混合均勻得反應(yīng)物原料；將反應(yīng)物原料置于瓷舟中，將瓷舟放入高溫管式爐，在保護氣氛下煅燒得黑色粉體；將黑色粉體移入H₂SO₄離心分離；將分離后的固體產(chǎn)物真空干燥后，研磨得到碳原子層包覆的Mo?VC納米粉體。本發(fā)明以雙氰胺、偏釩酸銨、鉬酸銨以及草酸銨為起始原料、一步煅燒法制備出碳原子層包覆的Mo?VC納米粉體材料作為水裂解產(chǎn)氫電催化劑。由于催化劑的內(nèi)在活性受ΔE_H*(氫結(jié)合能)和ΔG_H*(H吸附的吉布斯自由能)控制，Mo元素摻雜可以改變電子結(jié)構(gòu)而優(yōu)化ΔE_H*和ΔG_H*，使得電催化性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米粉體制備領(lǐng)域，具體涉及一種碳原子層包覆的Mo-VC納米粉體的制備方法。

背景技術(shù)

氫能是具有廣闊前景的可再生能源。水裂解制氫是一種高效的產(chǎn)氫手段，開發(fā)高效的產(chǎn)氫催化劑是該技術(shù)的關(guān)鍵。以Pt為代表的貴金屬催化劑具有優(yōu)異電催化活性，但其成本高，穩(wěn)定性較差，難以投入大規(guī)模生產(chǎn)。而以過渡金屬基電催化劑(以過渡金屬元素、碳、硫、氫、氧為主要元素)為代表的非貴金屬催化劑的有效開發(fā)能夠很好地避免上述問題。在過渡金屬碳化物(TMCs)中，較便宜的VC具有優(yōu)異的氫吸附性能，與Mo₂C和WC相比，具有更小的密度，使其更適合作為催化劑。然而，由于其高的合成溫度和不可控的形貌，VC基材料作為催化劑的研究較少，特別是在水裂解產(chǎn)氫產(chǎn)氧方面的應(yīng)用。因此開發(fā)VC基水裂解產(chǎn)氫電催化劑是一項具有挑戰(zhàn)及意義的工作。

過渡金屬碳化物在HER中具有較高的催化活性，特別是碳化鉬(Mo_xC)，由于與鉑具有相似的d電子結(jié)構(gòu)，具有類似于貴金屬的催化行為。例如，Liu等報道了通過鉬酸銨和雙氰胺的氨氧化一步熱解可以獲得嵌入富碳層的超細Mo₂C納米顆粒[Liu,Y.；Yu,G.；Li,G.-D.；Sun,Y.；Asefa,T.；Chen,W.；Zou,X.Coupling Mo₂C with Nitrogen-Rich NanocarbonLeads to Efficient Hydrogen-Evolution Electrocatalytic Sites.Angew.Chem.,Int.Ed.2015,54,10752-10757.]。而Mo_xC的導電性較差，會影響電極上的電子傳遞速率，從而限制其電催化活性，若通過設(shè)計獨特的納米結(jié)構(gòu)，合成VC基材料等，既可以揭示更多的催化活性位點，也可以有效解決其導電性弱等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳原子層包覆的Mo-VC納米粉體的制備方法，所制備的材料化學組分均一，形成均勻分布的納米級VC粒子，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，導電性好。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

1)將雙氰胺，偏釩酸銨，鉬酸銨和草酸銨以(5～25)：(2～10)：(1～7)：(1～2)的質(zhì)量比混合均勻得反應(yīng)物原料；

2)將反應(yīng)物原料置于瓷舟中，將瓷舟放入高溫管式爐，在保護氣氛下，以3℃/min的升溫速率自室溫升溫至50℃，再以5～10℃/min的升溫速率升溫至500～1000℃，保溫1～2h，冷卻得黑色粉體；

3)將黑色粉體移入0.5mol/L的H₂SO₄中，浸泡12～24h后離心分離；

4)將分離后的固體產(chǎn)物真空干燥后，研磨得到碳原子層包覆的Mo-VC納米粉體。

所述步驟1)的反應(yīng)物原料經(jīng)充分研磨得到。

所述步驟2)的保護氣氛為H₂或Ar。