碳化钼的制备及应用

背景及概述^[1][2]

钼是分布量很少的一种元素，它在地壳中的丰度为0.0003％，而中国是钼矿资源 丰富的国家，钼矿是中国6个优势有色矿之一。我国的钼矿资源大约是世界巧矿资源的四分之一，研究碳化钼粉末的制备方法对合理有效利用我国钼资源有重大意义。碳化钼因其独特的电子结构和优良的催化性能而成为新型无机催化材料研究领域的一个热点，正在引起国内外学者广泛关注。其对于烃类脱氢、烃类脱氮、氢解和异构化反应的催化活性、费托合成以及甲烷重整等，可与贵金属铂、铱等相媲美，被称为“类铂催化剂”是一种很有希望的催化新材料。碳化钼的一般由钼氧化物生产。

制备^[1]

CN201711238001提供一种丙醇还原制备碳化钼的方法，为碳化钼产品的制备提供一种新方法，以解决现有碳化钼生产工艺的成本和能耗高、生产效率低、安全性不足等一系列问题。为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种丙醇还原制备碳化钼粉末的方法，包括如下步骤：步骤一：以三氧化钼或者二氧化钼粉末作为钼氧化物原料放入反应炉中，向反应炉中持续通入氩气，排除炉内空气；步骤二：向反应炉内持续通入丙醇蒸汽和氩气的混合气体，并控制反应炉的温度升温 达到指定反应温度，使得钼氧化物原料在反应炉内进行还原碳化处理，直至得到碳化钼；所述指定反应温度为800~1150℃；步骤三：还原碳化处理完成后向反应炉中继续通入氩气，使得还原碳化后所得的碳化钼冷却至室温后取出，得到碳化钼产品。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明方法中，利用成本价格低廉的丙醇作为还原原料，以氩气作为载体的丙醇蒸汽在温度较低的800~1150℃下直接与氧化钼粉末接触反应，生产碳化钼粉末产品，极大的提高了还原的效率，同时进行碳化，与传统工艺相比，本发明方法碳化温度低，而且加快了反应速率，缩短了工艺流程，降低了原料和能耗成本，达到了高效低成本生产碳化钼粉末的 目的。

2、本发明方法为碳化钼的生产提供了一种新工艺，降低生产成本，加快了反应速率，很好的解决了现有碳化钼粉生产工艺中制备温度高，生产效率低，成本高昂等一系列问题。

应用 ^[2]

碳化钼是一类典型的过渡金属碳化物，它具有良好电化学催化析氢性能，同时，由于表面可生成一层氧化物抑制电化学活性物质的腐蚀，碳化钼在不同pH值的介质中都具有高稳定性。但是纯的碳化钼易于团聚，使得其电化学活性位点无法得到充分暴露，严重影响了其催化特性。因此，将碳化钼与稳定性优异的碳纳米材料进行有效复合具有重要意义。

本发明CN201610392019.4通过简单的工艺设计，制备得到一种新型的碳化钼/石墨纳米带复合材料。该复合材料具有如下优势：石墨烯纳米带由于其开放式的结构，并在边缘和表面同时具有丰富的活性位点，为碳化钼纳米粒子的原位生长提供一个高比表面积的基底，有效遏制碳化钼的自聚，使得碳化钼表面的活性位点更加充分地暴露；石墨烯纳米带相互贯穿联结，提高复合材料的导电性能，有利于电化学催化过程中电子的传输；碳化钼/石墨烯纳米带复合材料的高比表面积有利于电化学过程中电解液的浸润，从而提高其电化学性能；碳化钼本身具备较高的析氢活性以及在不同介质中的高稳定性，可提高复合材料整体的性能。因此，将两者进行有效复合可实现良好的协同作用，以制备出性能优异的复合材料。本发明提供的碳化钼/石墨烯纳米带复合材料，其制备原料组成包括：多壁碳纳米管、高锰酸钾、浓硫酸、磷酸、七钼酸铵和葡萄糖等。本发明所提供的碳化钼/石墨烯纳米带复合材料，是用水热法和高温碳化将碳化钼纳米粒子原位生长在准一维的石墨烯纳米带上获得。

制备的具体步骤如下：

（1）将七钼酸铵、葡萄糖溶于水中，制备得到均一的盐溶液；

（2）将一定量的氧化石墨烯纳米带水分散液滴入步骤（1）所得的盐溶液中，搅拌一段时间，形成均一分散液；

（3）将步骤（2）所得的分散液在一定温度下水热反应一段时间；

（4）将步骤（3）所得产物，离心，取沉淀物清洗并干燥，再在惰性气氛保护下高温碳化，制备得到碳化钼/石墨烯纳米带复合材料。

本发明的优点在于：

1、制备过程简单，易于操作，是一种有效快捷的制备方法；

2、实验设计巧妙；，选择的基底是径向剪开碳管制备得到的氧化石墨烯纳米带，其开放式准一维结构，表面和边缘丰富的含氧基团为碳化钼的原位生长提供了有利条件，有效抑制碳化钼的团聚。同时，石墨烯纳米带相互贯穿联结，形成三维导电网络，使得电化学过程中电子可以快捷有效地传输，从而使得碳化钼纳米粒子的优异性能得到充分利用。碳化钼/石墨烯纳米带的高比表面积有利于电解质离子的浸润和迁移，从而进一步增强复合材料的电化学性能；第二，制备得到的碳化钼/石墨烯纳米带复合材料，可用作一种理想的高性能电催化析氢电极材料，在酸性，中性，碱性条件下都有着良好的催化性能。

主要参考资料

[1] CN201711238001.X 一种丙醇还原制备碳化钼粉末的方法

[2] CN201610392019.4 一种碳化钼/石墨烯纳米带复合材料的制备方法