一种一维结构二硒化钼/钼-MOF复合纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种一维结构二硒化钼/钼

【技术实现步骤摘要】
一种一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料制备领域，具体涉及一种一维结构MoSe2/Mo
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MOF复合纳米材料的制备方法，及其在酸性和碱性环境下均可作为电分解水析氢反应催化剂的应用。

技术介绍

[0002]随着全球化石燃料消费量的不断增加给人们带来了非常严重的环境问题。不断变暖的全球气候也都是化石燃料的长期和大量使用产生的后果。除此之外，煤炭，天然气和石油等化石燃料，由于短时间内难以再生，也面临着的枯竭的问题。发展高效，清洁，可再生的能源成为当务之急。各种可持续能源中氢气是取代传统化石燃料的最有希望的候选者之一，因为其具有很高的燃烧热值，能源密度大而且燃烧后只生成水，所以是一种非常优秀的清洁能源。但是氢气的应用还需要解决很多问题，其中如何高效地制取氢气就是一个瓶颈问题。
[0003]利用太阳能、风能等可再生能源产生的电能来电解水，通过阴极发生的析氢反应制备氢气，可以在阴极产生纯净的氢气。由于其制备条件简单，温和，原料易得等诸多优势引起了人们极大的关注。但是电解水制备氢气需要高效的电催化剂来进行析氢反应，以降低阴极过电势提高能源利用效率，并实现高效快速的析氢反应。通常所用的催化剂是价格较高且储量有限的贵金属(如Pt、Pd)，这制约了电解水制氢工艺大规模应用到工业化生产中。因此需要开发催化能力较高、且价廉易得的材料作为电解水析氢反应的催化剂。
[0004]近年来科学家通过研究发现，二维片层结构的过渡金属硒化物MoSe2的片层边缘物和氢的结合能与贵金属相近，因此可代替贵金属作为析氢反应催化剂。但MoSe2片层的基面没有催化活性，且片层结构的特点，使得MoSe2易于团聚和聚集，减少了催化活性边缘的数量，降低了其催化性能。且MoSe2在碱性环境下催化析氢反应的性能很弱，也阻碍了其实际使用效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述至少一个技术问题，本专利技术提供一种一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料及其制备方法，在一维纳米结构的Mo
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MOF的表面生长出二维结构的MoSe2纳米片，合成过程采用的原材料及工艺设备简单、成本低。
[0006]本专利技术还有一个目的在于提供一种一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料，作为催化材料，用于电解水析氢反应，催化性能高，且在酸性和碱性环境下都具有良好的催化电解水析氢反应活性。
[0007]本专利技术具体技术方案如下：
[0008]一种一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]A、将钼源和咪唑混匀在水中，获得的溶液进行加热反应，获得一维纳米结构Mo
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MOF；
[0010]B、将硒源溶解在水合肼中，获得的硒源水合肼溶液加入到无水乙醇中，再加入步骤A所得产物，搅拌均匀，加热反应，即得一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料。
[0011]步骤A中所述钼源和咪唑的质量比为1：1～2：1；
[0012]步骤A中所述钼源选自三氧化钼(MoO3)；
[0013]步骤A中，所述钼源和水的用量比为1:50
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100g/ml；
[0014]步骤A中所述水为去离子水；
[0015]步骤A中所述加热反应是指：90～120℃条件下，反应10～14小时；
[0016]优选的，步骤A所述加热反应为：将所得溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将反应釜密闭后，放入恒温鼓风箱中，加热反应，反应结束后，离心收集，并清洗、干燥反应釜中所得产物；所得产物为钼离子与有机配体咪唑形成的一维纳米结构的金属有机框架化合物(MOF)Mo
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MOF。
[0017]步骤B中所述硒源为硒粉、二氧化硒或亚硒酸钠；优选的，硒源为硒粉；
[0018]步骤B中硒源溶解在水合肼，浓度为0.06～0.1mol/L；所用的水合肼质量分数浓度≥85％；
[0019]步骤B中硒源水合肼溶液和无水乙醇的体积比为1：10～1：14；
[0020]步骤B中步骤A所得产物质量和无水乙醇体积的用量比为1：1
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2g/L；
[0021]步骤B中所述加热反应是指：在200～240℃条件下，反应10～14小时。
[0022]步骤B中所述加热反应具体为：将所得溶液移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，将反应釜密闭后，放入恒温鼓风箱中，加热反应，反应结束后，离心收集反应釜中所得产物，并进一步清洗、干燥得到最终产物。
[0023]本专利技术提供的一种一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料的制备方法，采用上述方法制备得到，在一维纳米结构的Mo
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MOF的表面生长出二维结构的MoSe2纳米片，最终产物为MoSe2与Mo
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MOF复合而成的一维结构MoSe2/Mo
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MOF复合纳米材料。所制备的一维结构MoSe2/Mo
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MOF复合纳米材料的直径为400～900nm，长度为10
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20微米，复合材料表面MoSe2纳米片厚度4～5nm。
[0024]本专利技术提供的一种一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料的应用，作为电催化剂，用于电解水析氢反应，可用于在酸性和碱性环境下催化电分解水析氢反应。
[0025]近些年来以过渡金属硫族化合物、氮化物、碳化物和磷化物等非贵金属为基础的多种析氢反应催化剂已被研究作为铂族金属的潜在替代品。其中过渡金属硒化物因其在地球上资源分布广，以及具有良好的物理、化学性质被认为是一种很有前途的析氢反应催化剂。MoSe2是一种二维片层结构的过渡金属硒合物，二维片层间通过范德华相互作用连接在一起。理论计算表明MoSe2二维片层的边缘是具有催化析氢反应的活性位置。但由于其二维片层的结构特点导致了MoSe2片层容易发生团聚和聚集，减少了暴露出的二维片层催化活性边缘数量，而其二维片层的基面又是催化惰性的，这样削弱了MoSe2对析氢反应的催化性能。因此，如何设计、制备出特定的结构，有效避免MoSe2片层团聚，增加其片层边缘析氢反应催化活性位点的暴露，是制备MoSe2析氢反应催化剂需要解决的问题。此外，MoSe2在酸性环境下能表现出显著的催化析氢反应性能，但在碱性环境下其催化性能却很弱。这是因为电解水析氢反应在酸性和碱性环境下反应机理是不一样的。酸性环境中存在、游离的H
+
离子，析氢反应步骤主要为催化剂与H
+
离子间的相互作用，因为MoSe2二维片层边缘具有良好
的氢吸附自由能，所以在酸性环境下能表现出显著的催化析氢反应性能。碱性环境下，析氢反应过程则与催化剂对水的吸附/解离过程密切相关，由于MoSe2对水的吸附/解离过程缓慢，导致其在碱性环境下催化析氢反应活性低下。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、将钼源和咪唑混匀在水中，获得的溶液进行加热反应，获得一维纳米结构Mo
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MOF；B、将硒源溶解在水合肼中，获得的硒源水合肼溶液加入到无水乙醇中，再加入步骤A所得产物，搅拌均匀，加热反应，即得一维结构二硒化钼/钼
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MOF复合纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中所述钼源和咪唑的质量比为1：1～2：1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤A中所述钼源选自三氧化钼。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述钼源和水的用量比为1:50
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100g/ml。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中所述加热反应是指：90～120℃条件下，反应10～14小时。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B中硒源水合肼溶液和无水乙醇的体积比为1：10～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟智，戚梦娟，李辰阳，李慰，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
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