本发明专利技术提供片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制法，在不超过800℃的加热条件下，通过还原气体经一步法反应，即可合成具有优良电催化性能的片状碳化二钼/过渡金属质结电催化复合材料。本发明专利技术提供的制备方法包括：步骤1.将过渡金属盐、钼酸盐、氟化铵溶解在溶剂中，添加尿素或六次甲基四胺调解混合溶液呈碱性，得到碱性混合液；步骤2.将碱性混合液和薄膜状的炭基底放入反应釜中，进行水热反应，反应温度为120℃～180℃，制备以炭基底作为载体的片状钼酸盐前驱体；步骤3.在还原气体气氛中，在不超过高于800℃的条件下，对炭基底连同片状钼酸盐前驱体进行热处理，制备片状碳化二钼/过渡金属异质结复合材料。
【技术实现步骤摘要】
片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制法
本专利技术属于电催化复合材料领域，具体涉及一种片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制备方法。
技术介绍
氢能源被认为是最能替代化石燃料能源的一种新能源。但是在电解水的过程中，析氢反应和析氧反应中的动力学过程非常缓慢，它需要较高的过电压才能产生较大的电流密度，从而导致整个反应过程能量转化效率低下。工业电解水的电压在1.8V左右，而水的理论分解电压是1.23V，阴极析氢反应和阳极析氧反应占据整个电压1/3，因此降低过电压是电解水的关键，尽管贵金属拥有高活性和低过电压的特性，因其价格昂贵，含量稀少而限制了它的大规模应用，所以学者们一直致力于研究低成本、高活性的析氢(析氧)催化剂来代替Pt(IrO2和RuO2)。碳化二钼这类碳化物因其外层的d电子，催化性能类似于贵金属(Pt),因此被用来作为析氢催化剂，过渡金属具有未成对的3d电子，与水分子和OH-有较强的吸附能力，表现出较好的催化活性，因此过渡金属被用来作为析氧催化剂。而二维片状碳化物材料因其优异的热稳定性，导电性，大的比表面积，在电子，传感器和催化等领域有着广阔的应用前景。对比文献(Highspecificsurface-areacarbidesofsiliconandtransition-metalsforcatalysis.Catal.Today,1992,15(2):263-284.)叙述了利用金属和炭黑在高温条件下(大于1500℃)碳化制备碳化物的方法，然而所制备样品的形貌难以控制，不利于发挥所制得碳化物的催化性能。对比文献(Preparationofmolybdenumcarbidesusingbutaneandtheircatalyticperformance.Chem.Mater.2000,12(12):3896-3905.)，叙述了利用程序升温反应，将三氧化钼通过丁烷/氢气混合气先通过氢气还原成二氧化钼，再与丁烷反应制备碳化物的方法，但反应不够充分的话，容易形成样品表面积碳，影响活性位点与溶液的接触，从而导致性能降低。对比文献(Anovelroutetonanosizedmolybdenumborideandcarbideand/ormetallicmolybdenumbythermo-synthesismethodfromMoO3,KBH4,andCCl4.SolidStateChem.,2003,170(l):135-141.)叙述了利用溶液还原法，将三氧化钼还原成碳化钼，但该方法反应复杂，难以控制。现有制备碳化物的方法中存在诸多不利因素，如高温碳化，需要使用氢气，形貌不易控制，表面积碳严重，反应不够充分等，制约了二维片状碳化物材料的发展。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制备方法，在不高于800℃的加热条件下，通过还原气体经一步法反应，即可合成具有优良电催化性能的片状碳化二钼/过渡金属质结电催化复合材料，操作简单，产物形貌均一可控。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：<制备方法>本专利技术还提供片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括，以下步骤：步骤1.将过渡金属盐、钼酸盐、氟化铵溶解在溶剂中，添加尿素或六次甲基四胺调解混合溶液呈碱性，得到碱性混合液；步骤2.将碱性混合液和薄膜状的炭基底放入反应釜中，进行水热反应，反应温度为120℃～180℃，制备以炭基底作为载体的片状钼酸盐前驱体；步骤3.在还原气体气氛中，在不高于800℃的条件下，对炭基底连同片状钼酸盐前驱体进行热处理，制备片状碳化二钼/过渡金属异质结复合材料。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，过渡金属盐为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、醋酸铁、醋酸钴、醋酸镍、氯化铁、氯化钴、氯化镍中的任意一种或几种，在步骤1中，钼酸盐为钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾中的任意一种或几种。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，按照摩尔比算，过渡金属盐：钼酸盐：氟化铵：尿素或六次甲基四胺＝1：1：1～20：1～20。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤1中，溶剂为水或乙醇。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，炭基底为碳布、石墨烯纸、碳纤维纸中的任意一种。另外，炭基底的厚度优选为1mm以内。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，反应时间为3～12h。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，还原气体为纯CO气体、纯CH4气体、CO与Ar的混合气体、CH4与Ar的混合气体中的任意一种，当还原气体为CO与Ar的混合气体时，CO的体积分数为5％～99.9％，当还原气体为CH4与Ar的混合气体时，CH4的体积分数为5％～99.9％。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤2中，待水热反应结束后，对炭基底连同生长于炭基底表面上的片状钼酸盐前驱体进行清洗，然后放入冷冻干燥机中干燥备用。优选地，本专利技术提供的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法还可以具有以下特征：在步骤3中，热处理时间为1～5h，温度为500～800℃。<电催化复合材料>进一步，本专利技术还提供片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料，其特征在于：采用上述<制备方法>中所描述的制备方法制得。专利技术的作用与效果本专利技术提供了片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料及其制备方法，不需要上千度的高温，不高于800℃的条件下，使用还原气体一步反应即可制备片状的碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料，反应均匀，片状碳化二钼/过渡金属均匀分布，形貌均一可控，将制备的电极材料作为析氢又能析氧的双功能电催化剂，其电催化性能得到显著提升，优于大部分双功能电催化剂。并且该电催化复合材料在常温下具有良好的稳定性，能耐酸碱腐蚀。附图说明图1为实施例一中制备的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的扫描电镜图，其中a和b分别为不同标尺(不同放大条件)下的扫描电镜图；图2为实施例一中制备的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的析氢反应极化曲线图，其中a为在1MKOH溶液中析氢反应极化曲线图，b为在1MKOH溶液中析氢反应5000圈循环后的极化曲线图，c为在1MKOH溶液中析氧反应极化曲线图，d为在1MKOH溶液中析氧反应5000圈循环后的极化曲线图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术涉及的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的具体实施方案进行详细地说明。<实施例一>制备方法：步骤1.将四水醋酸钴0.249g与四水合钼酸铵0.1765g投入水热反应釜(容量为50mL)中，并加入30ml水混合成均匀溶液，然后加入0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括，以下步骤：步骤1.将过渡金属盐、钼酸盐、氟化铵溶解在溶剂中，添加尿素或六次甲基四胺调解混合溶液呈碱性，得到碱性混合液；步骤2.将碱性混合液和薄膜状的炭基底放入反应釜中，进行水热反应，反应温度为120℃～180℃，制备以炭基底作为载体的片状钼酸盐前驱体；步骤3.在还原气体气氛中，在不高于800℃的条件下，对炭基底连同片状钼酸盐前驱体进行热处理，制备片状碳化二钼/过渡金属异质结复合材料。
【技术特征摘要】
1.片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法，其特征在于，包括，以下步骤：步骤1.将过渡金属盐、钼酸盐、氟化铵溶解在溶剂中，添加尿素或六次甲基四胺调解混合溶液呈碱性，得到碱性混合液；步骤2.将碱性混合液和薄膜状的炭基底放入反应釜中，进行水热反应，反应温度为120℃～180℃，制备以炭基底作为载体的片状钼酸盐前驱体；步骤3.在还原气体气氛中，在不高于800℃的条件下，对炭基底连同片状钼酸盐前驱体进行热处理，制备片状碳化二钼/过渡金属异质结复合材料。2.根据权利要求1所述的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法，其特征在于：其中，在步骤1中，过渡金属盐为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、醋酸铁、醋酸钴、醋酸镍、氯化铁、氯化钴、氯化镍中的任意一种或几种，在步骤1中，钼酸盐为钼酸铵、钼酸钠、钼酸钾中的任意一种或几种。3.根据权利要求1所述的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法，其特征在于：其中，在步骤1中，按照摩尔比算，过渡金属盐：钼酸盐：氟化铵：尿素或六次甲基四胺＝1：1：1～20：1～20。4.根据权利要求1所述的片状碳化二钼/过渡金属异质结电催化复合材料的制备方法，其特征在于：其中，在步骤1中，溶剂为水或乙醇。5.根据权利要求1所述的片...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏璐，霍开富，张旭明，高标，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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