一种硒化物包覆碳纳米管材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硒化物包覆碳纳米管材料的制备方法，将微波和高压协同作用，一步制备纳米花状且包覆碳纳米管的硒化物。本发明专利技术公开的硒化物包覆碳纳米管是将钼源、硒源与有机溶剂乙二胺混合后，通过微波辐射提供的能量及高压的共同作用，可极大地提升加热效率，促进钼源、硒源等离子的运动以及碰撞机率，降低了反应所需沸点，节省大量时间。高效可控地制备出硒化物包覆碳纳米管材料。本发明专利技术提出的硒化物包覆碳纳米材料具有较高的比表面积，更多的活性位点，并且制备方法具有原料易得，工艺简单，成本低廉，产量高的优势，有望在电催化领域取得令人瞩目的成绩。取得令人瞩目的成绩。取得令人瞩目的成绩。

【技术实现步骤摘要】
一种硒化物包覆碳纳米管材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电解水
，具体涉及一种硒化物包覆碳纳米管材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着化石燃料的大量消耗以及随之而来的能源短缺，环境污染和温室效应等问题，基于能源转换装置和技术开发绿色可持续的能源逐渐成为全球社会发展的共同主题。目前，氢气是最具有前途的清洁可再生能源，电催化水分解法是制备氢的最佳可用技术之一。在催化剂的选择中，铂(Pt)是电催化制氢最有效的催化剂，然而，Pt的高成本和有限的地球储量限制了其大规模的应用。因此，开发高效，稳定的非贵金属催化剂是电解水制氢的关键之一。
[0003]而过渡金属硒化物由于其优越的物理化学性能，受到很大的关注，可以和硒源二氧化硒反应形成硒化物的金属有很多，常见的有钼，钨，镍，钴，铁，铈等。硒化钼作为典型的过渡金属硫族化合物之一，是过渡金属化合物纳米材料中的典型代表，具有比表面积大，表面活性高的特点，但导电性较差，易于团聚，对其在电解水制氢领域的应用受到了限制。
[0004]本专利技术是针对上述产物及技术存在的缺陷，提供了一种用微波高压搅拌协同的新的方法来合出硒化物包覆碳纳米管材料及其应用。高压、微波和搅拌同时进行，具有协同增效的作用，碳纳米管作为导线，解决纯硒化钼的不足，制得的硒化物包覆碳纳米管材料具有高比表面积和高催化活性。
[0005]为达上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种硒化物包覆碳纳米管材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]微波、高压及搅拌三者同时进行，协同反应，一步制备出硒化物包覆碳纳米管材料，改善了普通水热耗时长，易团聚的缺陷，包括以下步骤：
[0008](1)将钼基元素源、硒源和氧化后的碳纳米管置于水中，剧烈搅拌，加入还原剂聚乙二醇和具有配位作用的有机溶剂乙二胺，继续剧烈搅拌，得到分散均匀的悬浊液；
[0009](2)将步骤(1)获得的悬浊液放入反应釜中，进行溶剂热反应，反应过程中全程控制反应釜内压力至少为1兆帕，反应过程中全程伴随搅拌并通过微波加热控制反应温度为100～220℃，待反应结束后冷却至室温，得到含产物的溶液；
[0010](3)将步骤(2)得到的含产物的溶液离心，收集沉淀物，沉淀物真空干燥后于氮气气氛中煅烧，得到硒化物包覆碳纳米管材料。
[0011]进一步的，步骤(1)中所述的钼基元素源为四水合钼酸铵、钼酸钠、磷钼酸中的任一种或几种，硒源是二氧化硒或硒化铵中的任一种。
[0012]进一步的，步骤(1)中所述的钼基元素源与硒源的摩尔比为1:1～1:6。
[0013]进一步的，步骤(1)中所述的钼基元素源与硒源的摩尔比为1:4。
[0014]进一步的，步骤(2)中微波功率为300瓦
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1000瓦，反应釜为磁力搅拌且搅拌磁子转速为100转/每分钟～1200转/每分钟。
[0015]进一步的，步骤(2)中水热反应时长为1～14小时。
[0016]进一步的，步骤(3)中煅烧温度为300～600℃，温度太低晶型不好，温度太高会使材料发生分解(更进一步优选500℃)，煅烧时长为1～6小时。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的效果及优点是：
[0018](1)微波，高压，搅拌协同的方法，降低了溶液的沸点，提高反应物活性，提升反应物的分散性和反应程度，缩短反应时间；
[0019](2)克服了纯硒化物团聚，导电性差的弊端；
[0020](3)本方案展现了硒化物包覆碳纳米管在酸性和碱性电解质中较低的过电势；
[0021](4)本方案成本低廉，简单易行，可实现大规模工业应用。
附图说明
[0022]图1为实施例1中，压力为4MPa的高压，功率为800W的微波和速率为800rmp的搅拌三者协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料的扫描电镜图。
[0023]图2对比实施例2中，压力为4MPa的高压和速率为800rmp的搅拌协同制备的硒化物包覆碳纳米管的扫描电镜图。
[0024]图3对比实施例3中，压力为4MPa的高压和功率为800W的微波协同制备的硒化物包覆碳纳米管的扫描电镜图。
[0025]图4对比实施例1中，功率为800W微波和速率为800rmp搅拌协同制备的硒化钼包覆碳纳米管的扫描电镜图。
[0026]图5为在酸性电解质条件下，高压微波搅拌三者协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
‑
1)与微波高压两者协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
‑
4)，微波搅拌两者协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
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2)，高压搅拌两两协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
‑
3)电析氢性能对比图。
[0027]图6为在碱性电解质条件下，高压微波搅拌三者协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
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1)与微波高压两者协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
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4)，微波搅拌两者协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
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2)，高压搅拌两两协同制备的硒化物包覆碳纳米管材料(MoSe2/CNT
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3)电析氢性能对比图。
[0028]图7实施例1中MoSe2/CNT
‑
1制备过程中的温度时间曲线和压力时间曲线图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但所述实施例旨在解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
[0030]采用微波高压搅拌协同法，制备硒化物包覆碳纳米管材料，包括以下步骤：
[0031]实施例1
[0032]步骤(1)将4:1的硒源二氧化硒和钼源四水合钼酸铵配置水溶液，并加入0.2g/L的碳纳米管和0.2g/L的还原剂聚乙二醇，进行剧烈搅拌，直至均匀，再加入30mL有机溶剂乙二胺，在恒温条件下剧烈搅拌，直至溶液混合均匀。
[0033]步骤(2)将步骤(1)的溶液放入反应釜中，通过4MPa的高压和800W的微波和800rmp的搅拌速度，两者协同，在200℃的温度下反应7h。
[0034]步骤(3)和实施例1中的步骤(3)相同，记为MoSe2/CNT
‑
1。
[0035]见图1，碳纳米管上负载了大量的均匀的密集的花状硒化钼。
[0036]对比实施例1
[0037]步骤(1)和实施例1中的步骤(1)相同。
[0038]步骤(2)将步骤(1)的溶液放入反应釜中，通过800W的微波和800rmp的搅拌速度，两者协同，在200℃的温度下反应7h。
[0039]步骤(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硒化物包覆碳纳米管材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：微波、高压及搅拌三者同时进行，协同反应，一步制备出硒化物包覆碳纳米管材料，改善了普通水热耗时长，易团聚的缺陷，包括以下步骤：(1)将钼基元素源、硒源和氧化后的碳纳米管置于水中，剧烈搅拌，加入还原剂聚乙二醇和具有配位作用的有机溶剂乙二胺，继续剧烈搅拌，得到分散均匀的悬浊液；(2)将步骤(1)获得的悬浊液放入反应釜中，进行溶剂热反应，反应过程中全程控制反应釜内压力至少为1兆帕，反应过程中全程伴随搅拌并通过微波加热控制反应温度为100～220℃，待反应结束后冷却至室温，得到含产物的溶液；(3)将步骤(2)得到的含产物的溶液离心，收集沉淀物，沉淀物真空干燥后于氮气气氛中煅烧，得到硒化物包覆碳纳米管材料。2.根据权利要求1所述的硒化物包覆碳纳米管材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的钼基元素源为四水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长海，姚艳花，陈智栋，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：