一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法

本发明涉及纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法。

背景技术：

1、高催化活性以及高稳定性是电催化剂所关注的最重要的两个指标。设计和发展兼具高催化活性和高稳定性的电催化剂是制备高纯氢气，发展氢能经济的基石。

2、以碳化物、氮化物为代表的纳米结构硬质合金化合物表现出优异的化学稳定性和机械性，但其天然催化活性不足的劣势限制了其催化产业化应用的可能，如何提升其催化活性成为广泛关注的难题。近年来，通过设计纳米结构、掺杂、表面重构、形貌调控等方式提高硬质合金化合物的方法已经得到了广泛研究。但是由于硬质合金类型化合物质地硬而脆，在其上可控的营造缺陷一直是难以克服的问题，因此硬质合金化合物的稳定性通过缺陷工程提高其催化活性的研究甚少。

技术实现思路

1、本发明要解决硬质合金类型化合物难以通过缺陷工程提高其催化活性的问题，进而提供一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法。

2、一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，它是按以下步骤进行：

3、一、前驱体合成：

4、将钼盐溶液与稀盐酸混合，得到混合溶液，将经活化处理的导电基底浸渍于混合溶液中并置于内胆内，密封内胆并放入不锈钢外罩中，然后在温度为150℃～300℃的条件下，保温8h～20h，冷却至室温后，取出导电基底清洗干燥，得到生长有前驱体的基底；

5、所述的混合溶液中钼盐的浓度为0.05mol/l～0.08mol/l，所述的混合溶液中盐酸的浓度为0.5mol/l～1mol/l；

6、二、活性物质的制备：

7、将活化源置于管式炉气体上游，将生长有前驱体的基底置于气体下游，通入反应气，并连通外界空气，维持炉内常压，在反应气流量为50sccm～200sccm及升温速率为10℃/min～15℃/min的条件下，将炉内温度由室温升高至750℃～900℃，并在温度为750℃～900℃的条件下，保温1.5h～4h，冷却后取出，得到生长有活性物质的基底；

8、三、对活性物质施加电感等离子体：

9、①、将生长有活性物质的基底置于等离子体化学气相沉积炉炉膛内；

10、②、室温下，关闭进气阀，打开抽气阀，用抽气泵将炉内气压抽至0.1torr～10torr，然后关闭抽气阀，打开进气阀，以流量为10sccm～200sccm通入气体，直至气压为100torr～700torr；

11、③、重复步骤三②2次～3次，然后打开抽气阀与进气阀，调节炉内气压至0.2torr～0.7torr，在炉内低压为0.2torr～0.7torr及升温速率为10℃/min～15℃/min的条件下，将炉内温度由室温升高至200℃～500℃；

12、④、在温度为200℃～500℃的条件下，启动将等离子体射频电源，在炉内低压为0.2torr～0.7torr、温度为200℃～500℃及等离子体射频功率为200w～300w的条件下，利用等离子体对活性物质进行刻蚀，即完成多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备。

13、本发明的有益效果是：

14、(1)本发明在导电基底表面生长了纳米硬质合金化合物，纳米硬质合金化合物为纳米带状，宽度约500nm，厚度约50nm。利用均匀等离子体作为纳米硬质合金加工的介质，可以保证纳米硬质合金化合物在等离子体气氛下表面整体处理，在控制基本几何结构不受损伤的前提下，缺陷在纳米硬质合金结构上的均匀性，并且缺陷程度可以灵活的通过等离子体温度调控，该方法对营造纳米硬质合金缺陷结构具备良好的有效性和灵活性。

15、(2)经等离子体处理后，纳米硬质合金型化合物表面营造出的缺陷活性位点，有效提升了电催化产氢和产氧双侧性能，在析氢和析氧反应中，10ma/cm2电流密度下，ar-mo2c析氢、析氧反应过电位分别为151mv、446mv。

技术特征：

1.一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的清洗干燥具体是用去离子水冲洗，然后在温度为60℃～80℃下的真空条件下，干燥5h～12h。

3.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的钼盐为(nh4)2moo4、(nh4)6mo7o24、na2moo4和k2moo4中的一种或其中几种的混合。

4.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述的经活化处理的导电基底具体是按以下步骤制备：将导电基底置于质量百分数为60％～70％的浓硝酸，然后在温度为80℃～100℃的条件下，水浴1h～5h。

5.根据权利要求4所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于所述的导电基底为碳布、碳纸或碳毡。

6.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中所述的活化源为氰胺、双氰胺、三聚氰胺、硫粉、nah2po2或kh2po2；步骤二中所述的反应气为nh3、ch4、ph3、s蒸气和o2中的一种或几种的混合。

7.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤二中所述的活化源与生长有前驱体的基底的质量比为1:(2～5)。

8.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤二所述的生长有活性物质的基底中活性物质为mon、mo2c、moc、mop和mos中的一种或其中几种的混合。

9.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤三②中所述的气体为ar、n2和co2中的一种或几种的混合。

10.根据权利要求1所述的一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，其特征在于步骤三④中利用等离子体对活性物质进行刻蚀5min～30min。

技术总结
一种多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法，本发明涉及纳米硬质合金化合物电催化剂的制备方法。解决硬质合金类型化合物难以通过缺陷工程提高其催化活性的问题。制备方法：一、前驱体合成；二、活性物质的制备；三、对活性物质施加电感等离子体。本发明用于多缺陷活性位点的纳米硬质合金化合物电催化剂的制备。

技术研发人员：郑晓航,黄柯柯,闫耀天,张显达,叶振宇,隋解和,蔡伟
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13