一种良好电催化析氢性能的二氧化钼纳米线/纳米片薄膜阵列的制备方法与流程

本发明涉及一种良好电催化析氢性能的二氧化钼纳米线/纳米片薄膜阵列的制备方法,同时分析其不同形貌特征产生的不同析氢特性。

背景技术：

现如今能源越来越紧张，寻找一种绿色能源迫在眉睫，电解水制氢是一种高效且无污染的制氢方式，目前pt/c电极材料运用较多，但是pt因为价格昂贵含量稀少限制其应用。二氧化钼材料存在阻抗和析氢差的问题。本发明采用的测试方法不同于传统测试方法。传统采用的是电化学的方法来分析半导体催化材料的析氢特性，通过其过电势，起始点位和塔菲尔斜率来分析半导体材料的析氢能力，而其电流可能会受到电场，界面及其气氛及其半导体材料本身各种其他因素对实际产氢的影响。采用气相色谱及其高真空度下测量产氢的具体数值和电流及其电位之间的关系。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出在钼网基底上生长氧化钼纳米线和纳米片的的制备方法，利用简单的一步水热法制备(001)晶面的纳米线和纳米片薄膜阵列。主要解决问题在于改善目前二氧化钼材料阻抗和析氢差的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种良好电催化析氢性能的二氧化钼纳米线/纳米片薄膜阵列的制备方法，包括如下步骤：

采用传统水热合成工艺，称取0.6-0.8g钼酸铵于烧杯中，再加入0.2-0.3ml30％过氧化氢和0.1-0.3ml无水乙醇，加入去离子水至30ml，搅拌至全部溶解后，再将溶液置于聚四氟乙烯内胆中，向聚四氟乙烯内胆中放入2-4cm钼网，将聚四氟乙烯内胆放入金属反应釜中并拧紧，置于水热烘箱中水热反应在150-230℃下保温6-15h，最后用去离子水反复洗涤几次样品，并于60℃下保温1h烘干，得到外观为墨黑色的二氧化钼纳米线/纳米片薄膜阵列。

优选地，前驱体钼酸铵浓度为0.01618-0.02158m/l。

优选地，所述步骤1中过氧化氢浓度为0.06526-0.09790m/l

优选地，水热反应的水热温度为170-210℃，反应时间为8-12h。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用采用传统水热合成工艺，采用的前驱体为四水合钼酸铵，形貌控制剂为微量的过氧化氢及其乙醇。不仅使钼网表面纳米线和纳米片尺寸可控，同时钼网基底因为不会在低浓度的氧化氢中溶解使钼网纤维和二氧化钼薄膜有着很好的协同作用。同时钼酸铵中的带正电的铵根离子能使二氧化钼在钼网界面上定向生长。钼网既作为基底又作为钼源，通过与低浓度过氧化氢的反应以及钼酸铵的协同生长作用可以获得三维空间结构的纯相二氧化钼产物，同时不需要退火等后处理，避免了三氧化钼杂质相的生成。选择一定浓度的乙醇作为稳定剂与氧化剂过氧化氢发生作用，可以使得二氧化钼可以选择性地生长为纳米片或者纳米线结构，同时乙醇的选择性使用使得纳米片与纳米线与钼基底结合牢固，而其它醇类则不能达到这个效果。所获得的二氧化钼纳米线和纳米片具有良好的电解水析氢特性。这种方法操作方便，工艺过程简单，成本低廉，并且易于将制作规模进行放大，十分有利于大规模的生产。本发明合成的产物形貌较小具有较大的比较面积、更多的活性位点，而且克服了氧化性导电性差的缺点。提高了电化学活性面积和电流密度及其析氢性能。本发明利用泊菲莱气相检测系统，光电催化反应器，电化学工作站。通入合适的电压参数，观察各个电位对应的电流值及析氢量，分析电子转化效率和析氢效率。

附图说明

图1为本发明的实施例1制备的二氧化钼纳米线薄膜的扫描电镜图。

图2为本发明的实施例1制备的二氧化钼纳米线薄膜的x-射线衍射图。

图3为本发明的实施例2制备的二氧化钼纳米片薄膜的扫描电镜图。

图4为本发明的实施例2制备的二氧化钼纳米片薄膜的x-射线衍射图。

图5为本发明的实施例3制备的二氧化钼纳米线和纳米片施加偏压和析氢量关系的折线图。

具体实施方式

实施例1：以过氧化氢为形貌控制剂制备二氧化钼纳米线薄膜，采用传统水热合成工艺，采用四水合钼酸铵和30％过氧化氢在170-210℃的水热条件下合成。

具体步骤如下：

称取0.6-0.8g钼酸铵于烧杯中，再加入0.2-0.3ml30％过氧化氢，加入去离子水至30ml，搅拌至全部溶解后，再将溶液置于聚四氟乙烯内胆中，向聚四氟乙烯内胆中放入2-4cm钼网，将聚四氟乙烯内胆放入金属反应釜中并拧紧，置于水热烘箱中在170-210℃下保温8-12h，最后用去离子水反复洗涤几次样品，并于60℃下保温1h烘干，得到外观为墨黑色的二氧化钼纳米线薄膜阵列。

图1为实施例1制备的二氧化钼纳米线薄膜的扫描电镜图，图中显示样品为纳米线，其直径10-50nm，长度100-200nm。

图2为实施例1制备的二氧化钼纳米线薄膜的x-射线衍射图，三个非常尖锐的峰，分别代表对应了mo的(100)，(200)，(211)晶面。无其他杂峰，即为纯相的二氧化钼薄膜。

实施实例2：以过氧化氢和乙醇协同作用制备二氧化钼纳米片薄膜：

采用四水合钼酸铵和30％过氧化氢和无水乙醇在170-210℃的高温高压下水热合成。

具体步骤如下：

称取0.6-0.8g钼酸铵于烧杯中，再加入0.2-0.3ml30％过氧化氢和0.2-0.3ml无水乙醇，加入去离子水至30ml，搅拌至全部溶解后，再将溶液置于聚四氟乙烯内胆中，向聚四氟乙烯内胆中放入2-4cm钼网，将聚四氟乙烯内胆放入金属反应釜中并拧紧，置于水热烘箱中在170-210℃下保温8-12h，最后用去离子水反复洗涤几次样品，并于60℃下保温1h烘干，得到外观为墨黑色的二氧化钼纳米片薄膜阵列。

图3为本发明的实施例2制备的二氧化钼纳米片薄膜的扫描电镜图。图3显示的衍射峰反映样品是由正交相纳米片组成，宽度为200-300nm，厚度为20-30nm。

图4为本发明的实施例2制备的二氧化钼纳米片薄膜的x-射线衍射图，峰表现为正交相的二氧化钼。

实施例3：电催化析氢性能的分析

泊菲莱反应系统装置，电化学工作站，气相色谱与冷凝机，真空泵测试其析氢量。具体测量产氢量和电压以及电流的关系及其电子转化效率。将附有纳米线和纳米片的4-2cm的钼网作为工作电极，pt片为对电极，ag/agcl为参比电极放入含70ml0.5m稀硫酸三电极反应器中。抽真空将电化学工作站和反应器连接后通入合适的电压参数，检测各个电位对应的电流值及析氢量如图5所示，纳米线的析氢效率明显优于纳米片。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。