【摘 要】
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碳化钼具有类Pt催化行为,可作为一种高效、廉价的催化材料,具有替代贵金属催化剂的潜能。本论文围绕多孔碳化钼基纳米材料的可控制备和结构调控展开了较为深入的研究,并着重探讨了其在电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）及选择性加氢反应中的应用潜能。论文主要研究内容如下:为了避免高温热解过程中碳化钼颗粒团聚或被碳材料部分包埋等问题,论文第三章以腺嘌呤（adenin
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碳化钼具有类Pt催化行为,可作为一种高效、廉价的催化材料,具有替代贵金属催化剂的潜能。本论文围绕多孔碳化钼基纳米材料的可控制备和结构调控展开了较为深入的研究,并着重探讨了其在电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）及选择性加氢反应中的应用潜能。论文主要研究内容如下:为了避免高温热解过程中碳化钼颗粒团聚或被碳材料部分包埋等问题,论文第三章以腺嘌呤（adenine,Ade）和磷钼酸（phosphomolybdic acid,PMA）为前驱体,基于酸-碱分子组装策略成功制备得到了氮掺杂的碳化钼@碳（N-Mo2C@C）核壳纳米线复合材料。所得材料由富含介孔（5～10 nm）且连续结晶的Mo2C纳米线（直径～30 nm）和超薄碳壳层（～1.5 nm）组成,具有高的比表面积（～23.7 m2 g-1）以及有效的N掺杂（吡啶-N和Mo-N）。其在酸性电解质溶液中表现出良好的HER性能,电流密度达到10 mA cm-2时过电位仅需136 mV,Tafel斜率为58 mV dec-1,电化学阻抗小,且具有优异的循环稳定性,以及对CO和H2S气体极好的耐受性。由于Mo2C表现出较强的氢吸附强度,限制了其本征HER活性。Mo2C-MoC异质界面具有更适中的Mo-H吸附强度,有望成为一种有前途的HER电催化剂。因此在论文的第四章,采用双模板策略,以F127和二氧化硅纳米球阵列分别作为软模板和硬模板,以酚醛树脂为碳源,MoCl5为金属源,合成了镶嵌Mo2C-MoC（简写表示为MoxC）异质纳米粒子的三维多级孔碳材料。所得材料的碳层厚度为8～10 nm,MoxC粒子的尺寸为4～8 nm,且材料具有高比表面积（150 m2 g-1）、大孔体积（0.51 cm3 g-1）和丰富的孔结构（包括微孔、＞10 nm且分布较宽的介孔和～380 nm的大孔）。其在酸性和碱性条件下均表现出优异的HER性能,当电流密度达到10 mA cm2时,过电位分别仅需129 mV（0.5 M H2SO4）和128 mV（1 M KOH）,Tafel斜率小,电化学阻抗低,且在酸性条件呈现出优异的循环稳定性。论文的第五章,基于金属和碳化物之间的强相互作用（support metal strong interaction,SMSI）,在第三章工作的基础上,在Ade/PMA水热体系中原位引入钴源,随后热解得到掺杂Co的Co-Mo2C@C纳米材料。在前期工作中,通过XRD、ICP及XPS等表征手段探究了所得材料的结构、组成及表面元素化学态等。最优样品Co-Mo2C@C-0.05在酸性电解质溶液中表现出更佳的HER性能,电流密度达到10 mAcm-2时过电位仅需136 mV,明显优于未掺杂Co的样品Mo2C@C NWs（168 mV）。其次,将其应用于3-硝基苯乙烯（3-NS）的催化加氢反应中,发现以甲苯为溶剂时对产物3-硝基乙苯（3-NE）的选择性更高,延长反应时间和提高反应温度,可以一定程度上提高反应底物的转化率和保持对产物3-NE的较高的选择性;同时,与未掺杂Co的N-Mo2C@C NWs相比,掺杂的Co与载体Mo2C之间的协同作用显著提高了反应的活性和对C=C双键的选择性。
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