[发明专利]一种二维MoC纳米片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维碳化钼纳米片的制备方法，属于过渡金属碳化物材料领域。

背景技术

随着材料科学的快速发展，二维纳米材料近些年引起了研究学者们的广泛关注。二维纳米材料通常具有高比表面积，使其与其他半导体材料的充分接触提供了可能。此外，它还能在许多反应体系中提供大量的活性位点。

由于碳化钼具有廉价、高熔点、抗腐蚀以及很好的催化活性等特性，使其在加氢脱氮反应、加氢脱硫反应、水煤气转换反应以及产氢反应中得到广泛应用。此外，由于其与贵金属如金、铂等电子结构相似，具有良好的电子传导能力，碳化钼被认为是取代贵金属作为助催化剂的良好取代物。传统的合成碳化钼方法较为复杂，一般得到的碳化钼为颗粒状且尺寸较大。已知的合成二维碳化钼纳米片的报道比较少，目前国内公开的关于二维碳化钼纳米片的制备方法的专利只有三项（截止到2017/11/28）。例如CN 104860806A中公开了一种二维MoC的制备方法，该专利以α-MoO₃纳米带为前驱体，在高温还原性气体条件下还原碳化得到α-MoC_1-x纳米带。该专利所述制备方法过程较为复杂，需要以氧化钼为模板，并且碳化时所用气体为甲烷氢气混合气，具有一定的危险性。CN 106495158A中公开了一种超薄碳化钼材料的制备方法，该专利中所述制备方法先是以一定厚度的铜箔为模板，置于钼源上，高温条件下与碳源（甲烷、乙烯或乙炔）直接反应，降温后可得到超薄碳化钼。该专利制备过程所需温度过高（900 ℃以上）。此外，碳源主要包括一些易燃性气体（如甲烷、乙烯）。 CN 106925312A公开了一种碳化钼掺杂线性聚合物修饰石墨烯复合材料及其制备方法。该专利所述制备方法是将含有钼酸根的石墨烯复合材料在氢气氛围下高温还原，最终合成了片状碳化钼的复合材料，而氢气为易燃性气体。这些专利所述制备方法一般需要模板参与，并且引入了一些易燃性气体作为碳源。此外，Wang.等人（Junli Wang, Ji Cao, Yufei Ma, Xiumin Li, Pairuzha Xiaokaiti, Xiaogang Hao, Tao Yu, Abuliti Abudula and Guoqing Guan, Energy Conversion and Management, Volume 147, 1 September 2017, Pages 166-173）通过有机-无机杂化方法，以4-氯邻苯二胺和四水合七钼酸铵在酸性条件下杂合，分离获得前驱体，高温热还原即可得到类纳米片结构。但是该文章的制备方法中所用4-氯邻苯二胺为芳香类化合物，有一定的毒性，环境不友好。Du.等人（Cuicui Du, Hao Huang, Yue Wu, Siyuan Wu and Wenbo Song, Nanoscale, 2016, 8, 16251）报道了一种在钼的无机-有机薄片前驱体中加入表面活性剂，高温煅烧最终得到片状碳化钼（Mo₂C）的制备方法。该专利所述制备方法需要表面活性剂的参与，并且依赖于前驱体模板。以上公开的专利和发表的文章中关于碳化钼的制备方法在反应前驱物、反应条件、最终产物组分以及形貌方面均不同于本发明。迄今为止未见有通过无模板参与来直接合成二维MoC纳米片的公开报道。

发明内容

本发明针对目前合成碳化钼方法通常需要模板作前驱体，并且往往会引入一些易燃性气体作为碳源的现状，而提供的一种新型、低温合成、安全和环境友好的二维MoC纳米片的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

（1）将氰胺类化合物分散在甲醇中，用无机酸调节溶液在一定pH范围之后搅拌1~4 h得到溶液A；

（2）将四水合七钼酸铵溶于一定体积的醇水混合液中，得溶液B，将溶液B逐滴加入到A中，水浴搅拌至溶剂挥发完毕，得到白色固体状钼的前驱物，研磨备用；

（3）将（2）得到的白色固体状钼的前驱物盛在坩埚中，置于程序控温的管式炉中，在惰性气氛保护下，以2~20 ℃·min^-1 的升温速率升到400~500 ℃保温1~3 h，然后以2~20 ℃·min^-1的升温速率升到600~800 ℃保温1~3 h后自然降温，得到黑色固体MoC，然后用去离子水和乙醇经过洗涤干燥，得到二维MoC纳米片样品。

所用氰胺类化合物和四水合七钼酸铵的质量比为1:3~8:1。

步骤（1）中所用的氰胺类化合物包括氰胺，二聚氰胺和三聚氰胺中的一种或多种。