[发明专利]一种纳米级碳包覆Mo-Mo2

说明书

本发明公开了一种纳米级碳包覆Mo‑Mo₂C的异质纳米粒子及其制备方法和应用，属于光催化材料领域。该方法包括以下步骤：将前驱体凝胶在还原气氛中加热至600‑800℃煅烧，得到纳米级碳包覆Mo‑Mo₂C的异质纳米粒子；所述前驱体凝胶是将钼源、柠檬酸和乙醇超声混合并干燥得到。将碳包覆Mo‑Mo₂C的异质纳米粒子分别CdS与g‑C₃N₄混合超声，再干燥研磨，得到复合催化剂。本发明采用钼源、柠檬酸、无水乙醇为原料，通过溶胶凝胶法结合碳氢碳氢原位同步共还原和渗碳工艺合成异质纳米粒子。该方法操作简单，反应时间短，合成效率高。采用该异质纳米粒子制备的复合催化剂可显著提高光催化产氢和光催化重整甲酸产氢的效率。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种纳米级碳包覆Mo-Mo₂C的异质纳米粒子及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源利用具有高碳、低效率、不清洁的特点，因此造成许多环境问题和能源问题。全球能源危机和环境污染一直都是两个亟待解决的问题，找寻清洁且可持续能源是我们社会面临的最严峻挑战之一。清洁、高效和系统地应用清洁能源，包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能、潮汐能等可以做到对生态环境零污染或极低污染。大力发展清洁能源，不仅提供了充足的能源，保障了社会经济的发展，而且有利于改善环境。氢气(H₂)是一种清洁能源，被认为是替代传统化石燃料的理想选择。理想产氢方式之一通过低成本和环境友好的方法大规模生产氢气是其实际应用的前提，将太阳能转化为氢能的光催化分解水产氢技术无疑是具有广阔的发展前景。氢能需要以某种方式从其他能源中获得，最方便的途径便是电解水，另外还有一些生物制氢方法可用于制氢。目前，工业制氢方法主要是通过天然气、石油和煤在高温下与水反应制氢。大规模生产虽已实现，但无法满足可持续发展的要求。随着科学技术的不断发展，如果可以实现氢能的低成本，工业化大规模生产，以氢能作为主要能源可以有效改善环境污染和能源危机。在当前众多的制氢方法中，光解水作为一种新兴的技术利用太阳能从分解水获得氢气，是一种非常有潜力的制氢方法。

自从1972年首次提出用TiO₂半导体光电催化分解水以来，各种半导体材料开始广泛用于光催化产氢，其中，石墨氮化碳(g-C₃N₄)是一种非常有前途的析氢反应(HER)光催化剂。g-C₃N₄因其成本低、易制备、优异的稳定性、可见光吸收等优势已被广泛报道。然而，g-C₃N₄也有一些明显的缺点，特别是在光生电子迁移的过程中，很容易与光生空穴发生复合，独立的光催化活性并不高。在未负载辅助助催化剂的情况下，纯的g-C₃N₄上几乎无法产生H₂。目前已报道了各种g-C₃N₄的改性方法用于提高其光催化性能，例如纳米结构构造、缺陷工程、元素掺杂、负载助催化剂、异质结耦合和表面敏化等。以提高g-C₃N₄的光催化性能。在各种改性途径中，助催化剂负载到g-C₃N₄表面是提高其光催化性能最有效的方法，因为助催化剂不仅可以促进光生电子-空穴对的分离，而且还可以促进质子还原速率。通常使用的是一些贵金属作为辅助助催化剂，例如Pt，Ru，Pd，Rh等，目前报道的HER最有效的助催化剂是贵金属Pt纳米颗粒。然而，Pt的成本和稀缺性限制了其大规模应用，因此，开发和研究其他成本较低的非贵金属助催化剂来替代贵金属才能真正走向实际应用。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种纳米级碳包覆Mo-Mo₂C的异质纳米粒子的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到纳米尺寸和成分比例可控的纳米级碳包覆Mo-Mo₂C的异质纳米粒子。