三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料及其制备方法和应用

本发明属于催化电极和储能电极材料领域，具体涉及三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、由可再生电力电解水制氢是实现可持续能源转换的一种有吸引力的策略。目前，大多数非贵金属催化剂只能实现低电流密度析氧反应(oer)，不能满足大电流密度的工业需求，开发高性能非贵金属电催化剂以实现工业所需的大电流密度下的高效水电解仍然是一个挑战。此外，超级电容器被认为是一种典型的储能装置，而低能量密度是限制其实际应用的一个重要障碍。因此，设计具有储能和转换功能的双功能电极材料具有重要意义。

2、过渡金属化合物因其成本低、含量丰富和多功能组成而被发现是水电解的电催化剂。具体而言，基于铁的化合物，如feooh，显示出优异的oer活性，然而feooh的导电性较差，这限制了其电催化性能，在feooh中混合其他良好的导电介质是有效提高其催化性能的良好策略。近年来，钼基材料以其优异的电化学性能被研究，与co和ni基过渡金属材料相比，mo基材料的电化学活性不是很令人满意。因此，构建具有显著oer活性和scs性能的复合材料是实现电催化剂双重功能的重要策略。众所周知，令人满意的电催化剂还需要具有高比表面积、快速的电子转移速率和丰富的活性位点，以实现更有效的催化效果。因此，具有丰富表面积、高孔隙率和短电子扩散路径的中空结构的设计逐渐成为研究热点。

技术实现思路

1、为克服现有技术的上述不足，本发明的主要目的在于提供三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，先采用水热法制备三氧化钼纳米棒载体，再通过十二水合硫酸铁铵的水解在该载体上直接生长制备羟基氧化铁纳米片，然后通过溶剂热法得到钼酸钴核壳复合材料。

2、本发明的另一目的在于提供一种三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料，通过上述制备方法得到，具有高催化活性、高比电容和良好的循环稳定性。

3、本发明的再一目的在于提供上述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料在电催化析氢析氧反应中的应用。

4、本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

5、三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

6、(1)将四水合钼酸铵((nh4)6mo7o24·4h2o)溶解在去离子水中，搅拌均匀，然后缓慢滴加硝酸(hno3)溶液，分散均匀后转移至不锈钢高压反应釜中进行水热反应，将获得的产物用去离子水和乙醇离心洗涤并干燥过夜得到三氧化钼纳米棒；

7、(2)步骤(1)得到的三氧化钼(moo3)纳米棒分散到乙醇-水混合溶剂中，然后向上述悬浮液中滴加十二水合硫酸铁铵(nh4fe(so4)2·12h2o)水溶液，通过水解反应得到羟基氧化铁(feooh)锚定在moo3上的moo3@feooh核(纳米棒)-壳(纳米片)复合材料；

8、(3)将乙酸钴四水合物(c4h6coo4·4h2o)和乙酸镍四水合物(c4h6nio4·4h2o)溶于水-乙醇混合溶剂中，然后将步骤(2)得到的moo3@feooh加入上述溶液中均匀分散后，转移至三颈烧瓶中回流反应，将收集的产物离心洗涤，干燥过夜，然后经过氨水刻蚀，得到钼酸盐核壳复合纳米材料。

9、进一步，步骤(1)中，四水合钼酸铵的质量为1g，溶剂加入量为10–30ml，硝酸溶液为5ml；水热反应温度为160–200℃，水热时间为20h；干燥温度为50–60℃，干燥时间为12h。

10、进一步，步骤(2)中，所述三氧化钼的质量为0.288g，混合溶剂的量为100ml，乙醇和水的体积比为9：1；十二水合硫酸铁铵的浓度为0.04–0.06mol l-1，体积为80ml；水解反应温度为60–80℃，反应时间为3h。

11、进一步，步骤(3)中乙酸钴和乙酸镍的摩尔比为0.5–2，混合溶剂的量为40ml，乙醇和水的体积比为1：1；moo3@feooh的质量为75mg，水浴反应温度为70–90℃，反应时间为3–5h；干燥温度为50–60℃，干燥时间为12h，氨水刻蚀时间为10-30分钟。

12、本发明还提供一种三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料，通过上述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法制得。

13、本发明还提供一种催化和储能电极材料，其包含上述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料。

14、本发明还提供上述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料作为催化电极材料在电催化析氢析氧反应中的应用。

15、本发明还提供上述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料作为储能电极材料在超级电容器中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明使用的原料来源广泛，成本低，得到的三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料作为催化电极材料催化性能好，作为超级电容器电极材料比电容高，且具有良好的循环稳定性。

技术特征：

1.三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，四水合钼酸铵的质量为1g，溶剂加入量为10–30ml，硝酸溶液为5ml。

3.根据权利要求1所述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水热反应温度为160–200℃，水热时间为20h；干燥温度为50–60℃，干燥时间为12h。

4.根据权利要求1所述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，三氧化钼的质量为0.288g，混合溶剂的量为100ml，乙醇和水的体积比为9：1；和/或所述十二水合硫酸铁铵的浓度为0.04–0.06mol l-1，体积为80ml。

5.根据权利要求1所述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，水解反应温度为60–80℃，反应时间为3h。

6.根据权利要求1所述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，乙酸钴和乙酸镍的摩尔比为0.5–2，混合溶剂的量为40ml，乙醇和水的体积比为1：1。

7.根据权利要求1所述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加入的步骤2的产物的质量为75mg，水浴反应温度为70–90℃，反应时间为3–5h，干燥温度为50–60℃，干燥时间为12h，氨水刻蚀时间为10-30分钟。

8.一种三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料，通过权利要求1-7任一项所述三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料的制备方法制得。

9.一种催化和储能电极材料，其包含权利要求8所述的三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料。

10.权利要求8所述的三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料或者权利要求9所述的催化和储能电极材料在电催化析氧反应和超级电容器中的应用。

技术总结本发明公开了三明治状钼酸盐核壳复合纳米材料及其制备方法和应用，属于电极材料领域。先用水热法制备三氧化钼纳米棒载体，再通过十二水合硫酸铁铵的水解在该载体上直接生长制备羟基氧化铁纳米片，然后通过溶剂热法得到钼酸盐核壳复合材料。该方法制备的电极材料电催化活性优异，在100mA cm<supgt;‑2</supgt;的电流密度下碱性析氧过电位为295mV，用于碱性电解水时，1.51V的低施加电位差即可提供10mA cm<supgt;‑2</supgt;的电流密度，并且具有良好的循环稳定性；作为混合超级电容器的电极材料，在电流密度为1Ag<supgt;‑1</supgt;时具有342mAh g<supgt;‑1</supgt;的比电容，且具有良好的倍率性能和循环稳定性，制备工艺简单，便于产业化应用。技术研发人员：高畅,史雪荣,黄梦如,曹峰,徐书生受保护的技术使用者：上海工程技术大学技术研发日：技术公布日：2024/4/29