一种自支撑P-MoC/Ni@NCNTs-MoC@C复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及一种自支撑p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料及其制备方法和应用，属于电解水制氢。

背景技术：

1、自支撑电催化剂具有高比表面积、丰富的电解质渗透和气体扩散通道、结构稳定性和简化的预处理过程等优点，为在超高电流密度下增强析氢反应(her)提供了一个有吸引力的选择。合理的设计和制备经济高效的自支撑催化剂的方法有利于her的商业化。碳化钼(moc)基电催化剂由于与铂相似的d带电子结构、成本效率和高导电性，具有作为her的铂替代品的潜力。基于moc的各种纳米结构，如纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米片和纳米棒，已被设计用于增强her性能。然而，它们主要以粉末形式存在，需要通过粘合剂粘附在基底上，掩盖催化活性位点，降低电极结构的稳定性。因此，设计将moc基材料的特定纳米结构集成到自支撑催化剂中，是实现高效的催化性能和实际应用的机械稳定性的关键。

2、与在酸性介质中相比，moc基材料在碱性和中性介质中的her反应的效率显著降低，这归因于与水解离相关的两个附加过程的参与，阻碍了her机制中的快速反应动力学。研究发现，引入富电子的过渡金属(如fe,co,ni等)可以促进水解离和活性中间体的吸附，提高电催化活性。此外，非金属元素(如p、n)的掺杂也可以改善moc的电子结构，降低ph通用her过程中的能量势垒。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于提供一种自支撑p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料及其制备方法和应用，旨在解决现有碳化钼基材料在电催化析氢过程中不能满足实际应用条件下的催化活性和稳定性的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

3、一种自支撑的p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料，所述方法包括以下步骤：

4、步骤1.将钼网作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，在pbs溶液中，在0.5～0.8v下cv循环100～120s，得到moox-mo网催化剂；

5、步骤2.在氩气和氢气的混合气氛下,将喷涂有niso4的moox-mo网催化剂以c2h4n4为碳源进行焙烧，升温速率为3～5℃/min，保温的时间为2～3h，终温的温度为750～850℃，得到自支撑moc/ni@ncnts-moc@c复合材料；

6、步骤3.在氩气气氛下，将自支撑moc/ni@ncnts-moc@c复合材料以nah2po2为p源进行焙烧，升温速率为2～3℃/min，保温的时间为2～3h，终温的温度为250～300℃，得到自支撑p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料。

7、优选的：所述步骤1中钼网的目数为50～70目。

8、优选的：所述步骤1中pbs溶液的浓度为1mol/l～3mol/l。

9、优选的：所述步骤2中niso4的浓度为0.15g/ml～0.2g/ml。

10、优选的：所述niso4-moox-mo网催化剂和c2h4n4的质量之比为1:10～1:20。

11、优选的：所述nah2po2的质量为100mg～200mg。

12、本发明制备方法得到的自支撑p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料作为催化剂在工业电流下电解水制氢中的应用。

13、有益效果

14、本发明所述的自支撑p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料具有三级同心轴结构，包括钼网骨架、moc@c层以及垂直生长的p-moc/ni@ncnt纳米阵列层。高导电性mo网可直接用作钼源和自支撑基板，可以防止活性物质聚集，阻断反应位点，显著提高催化效率和长期稳定性；moc@c层的形成有利于ni纳米颗粒的锚定，从而形成ni@n掺杂碳纳米管垂直阵列层；moc纳米颗粒分布均匀和纳米阵列结构提供了更多的活性位点和更大的比表面积，促进了快速的电荷转移；磷的引入提高了材料的亲水性。该复合材料充分利用了各组分的协同优势，在高电流密度ph通用条件下显示出高效的her性能和优异的循环稳定性。

技术特征：

1.一种自支撑p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中钼网的目数为50～70目。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中pbs溶液的浓度为1mol/l～3mol/l。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中niso4的浓度为0.15g/ml～0.2g/ml。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述niso4-moox-mo mesh催化剂和c2h4n4的质量之比为1:10～1:20。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述nah2po2的质量为100mg～200mg。

7.权利要求1～6任一项所述的制备方法得到的自支撑p-moc/ni@ncnts-moc@c复合材料作为催化剂在工业电流下电解水制氢中的应用。

技术总结
一种自支撑P‑MoC/Ni@NCNTs‑MoC@C复合材料及其制备方法和应用，属于电解水制氢技术领域。本发明制备的自支撑P‑MoC/Ni@NCNTs‑MoC@C复合材料具有三级同心轴结构，包括钼网骨架、MoC@C层以及垂直生长的P‑MoC/Ni@NCNT纳米阵列层。本发明基于高导电性的自支撑Mo网为基底，可以提供钼源。MoC@C层的形成有利于Ni纳米颗粒的锚定，从而形成Ni@N掺杂碳纳米管。此外，Ni@NCNTs有效地捕获了逸出的钼蒸气，从而生成了MoC纳米颗粒。独特的结构提供了更多的催化活性位点和更大的比表面积，提高了有效的电荷转移和气泡的释放。因此，本发明提供的自支撑P‑MoC/Ni@NCNTs‑MoC@C复合材料作为电极材料用于电催化析氢时，能够提高在工业条件下，全pH电解液中的电催化析氢性能。

技术研发人员：高健,鲁楠,朱晓东,张永超
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1