[發(fā)明專利]一種基于激光直寫鉬片制備碳化鉬納米微陣列的方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110398615.4 | 申請日： | 2021-04-12 |
| 公開（公告）號： | CN113136596B | 公開（公告）日： | 2022-07-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 周偉家;袁海鳳;趙莉莉;劉曉燕;董天嬌 | 申請（專利權(quán)）人： | 濟南大學 |
| 主分類號： | C25B11/075 | 分類號： | C25B11/075;C25B1/04;B23K26/00;B23K26/36;B23K26/60;B82Y30/00;B82Y40/00 |
| 代理公司： | 濟南譽豐專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37240 | 代理人： | 薛鵬喜 |
| 地址： | 250022 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 激光 直寫鉬片 制備 碳化 納米 陣列 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種基于激光直寫鉬片制備碳化鉬納米微陣列的方法，將構(gòu)建微納米陣列結(jié)構(gòu)與合成碳化鉬材料相結(jié)合，通過激光直寫一步法制備具有三維微納米陣列結(jié)構(gòu)的碳化鉬材料。本發(fā)明基于激光與鉬片的燒蝕作用，制備出三維的微納米陣列結(jié)構(gòu)，同時與碳源發(fā)生反應(yīng)合成碳化鉬，一步法制備碳化鉬納米微陣列材料，避免了傳統(tǒng)的微納米陣列制備中的復雜操作步驟和光刻膠等有毒試劑的使用，降低了制備工藝的復雜性同時增加了實驗安全性。本方法可以任意設(shè)計碳化鉬納米微陣列的外部形貌和陣列排布，所得碳化鉬納米微陣列形狀可控，尺寸精度高，用于電催化產(chǎn)氫反應(yīng)，在酸性、中性、堿性溶液中均具有優(yōu)良的電催化產(chǎn)氫活性和穩(wěn)定性。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光直寫鉬片制備具有電催化產(chǎn)氫性能的碳化鉬納米微陣列的方法。
背景技術(shù)
隨著科技和社會的快速發(fā)展使得能源需求持續(xù)增長，而不可再生的化石燃料卻逐漸枯竭并引起了諸多環(huán)境問題。氫氣作為一種可再生能源，具有清潔無污染的優(yōu)勢，被認為是最有潛力的化石燃料的候選能源之一。因此，高產(chǎn)量、低成本地生產(chǎn)氫氣是開發(fā)和利用氫能的重要環(huán)節(jié)。目前，工業(yè)氫氣的生產(chǎn)在很大程度上依賴于甲烷重整和煤氣化反應(yīng)，這些方法仍然依賴于不可再生的化石燃料，并且在制備氫氣的過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳，引起溫室效應(yīng)。電解水產(chǎn)氫技術(shù)具有清潔無污染、制備氫氣純度高和高效等優(yōu)勢，將多余的電能轉(zhuǎn)化成氫能。通過使用高活性的電催化劑進一步降低電解水產(chǎn)氫的電力成本是電解水制氫大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。
鉑基催化劑是長期以來公認最有效的電解水產(chǎn)氫催化劑，但是低儲量和高成本的缺點限制了其大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。近年來，非貴金屬催化劑的研究發(fā)展迅速。其中，鉬基催化劑具有類似鉑的電子結(jié)構(gòu)和良好的催化活性，受到了廣泛的關(guān)注和研究。碳化鉬在酸性和堿性條件下均具有出色的催化性能和長時間的穩(wěn)定性，受到電催化產(chǎn)氫催化劑研究者的特別關(guān)注。
現(xiàn)有報道的碳化鉬電催化劑的制備方法中，多采用水熱、溶劑熱和化學氣相沉積等方法。然而，這些方法需要在高溫、高壓條件下進行制備，并且具有能量耗散高、制備時間長、制備工藝復雜以及無法進行大尺寸、圖案化制備的缺點。另外，微陣列結(jié)構(gòu)可以增大催化劑的表面積，進而暴露更多的活性位點，提高電催化產(chǎn)氫活性。然而，傳統(tǒng)的碳化鉬納米微陣列的制備方法需要旋涂光刻膠、制備微陣列圖案、使用顯影液去除對應(yīng)區(qū)域的光刻膠、漿料填充等一系列實驗步驟，具有制備工藝復雜、設(shè)備多、成本高等缺點；另外，光刻膠、顯影液等有毒試劑的使用增加了實驗風險。因此，尋找一種簡單、安全的合成碳化鉬納米微陣列的方法十分必要。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種通過激光直寫一步制備碳化鉬納米微陣列的方法，本發(fā)明的方法可以任意設(shè)計碳化鉬納米微陣列的外部形貌和陣列排布，所得碳化鉬納米微陣列形狀可控，尺寸精度高，用于電催化產(chǎn)氫反應(yīng)，在酸性、中性、堿性溶液中均具有優(yōu)良的電催化產(chǎn)氫活性。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
本發(fā)明的第一方面，提供一種基于激光直寫鉬片制備碳化鉬納米微陣列的方法，所述方法為：
以鉬片為基材，向基材上添加碳源，將它們置于密閉的透明容器中，采用激光直寫對基材表面進行加工得到碳化鉬納米微陣列。
優(yōu)選的，所述鉬片為純度在90％以上的工業(yè)純鉬。
優(yōu)選的，所述碳源選自烷烴、烯烴、炔烴、芳香類、腈類、二氰二胺、三聚氰胺、三聚氰酸、苯代三聚氰胺、尿素、葡萄糖、殼聚糖、蔗糖或明膠中的一種或多種。
碳源為液體或固體時，碳源滴在鉬片上或放置在鉬片上；碳源為氣體時，鉬片放置在密閉容器內(nèi)，碳源充滿密閉容器。
優(yōu)選的，激光功率為0.1～1000W，激光重復頻率為0～2000KHz，激光掃描速度為0～104mm/s；激光器為氣體激光器、固體激光器和半導體激光器中的一種。
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