一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法
阅读说明：本技术 一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法 (Preparation method of nitrogen-doped carbon-coated tungsten oxygen nitrogen nanowire array ) 是由 彭根英 于 2021-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法,通过水热的方法在碳布合成了氧化钨的纳米线阵列,然后在二氰二胺的惰性氛围中高温热解氧化钨的纳米线阵列制备目标产物。本发明通过简单地调控分解温度以及二氰二胺的量控制碳层的厚度,保证在钨氧氮纳米线上均匀的包裹上碳层,同时预先搭建的纳米线阵列结构也能有效避免金属粒子的团聚。本发明制备的WON@NC NWs/CC,在全pH范围内,展现出了优异的化学活性,氮掺杂到碳外层中提高电极材料的导电性,从而加速传质效率。同时有效的减缓内核中的WON溶解。此外,氮元素掺杂到氧化钨结构中不仅能显著的调节钨原子的电子结构,还能进一步增强WON@NC NWs/CC的稳定性。(The invention discloses a preparation method of a nitrogen-doped carbon-coated tungsten oxygen nitrogen nanowire array. According to the invention, the thickness of the carbon layer is controlled by simply regulating and controlling the decomposition temperature and the dicyanodiamine, so that the carbon layer is uniformly wrapped on the tungsten oxygen nitrogen nanowire, and meanwhile, the pre-built nanowire array structure can effectively avoid the agglomeration of metal particles. The WON @ NC NWs/CC prepared by the method shows excellent chemical activity in the full pH range, and nitrogen is doped into the carbon outer layer to improve the conductivity of the electrode material, so that the mass transfer efficiency is accelerated. And simultaneously, the WON dissolution in the kernel is effectively slowed down. In addition, nitrogen is doped into the tungsten oxide structure, so that the electronic structure of tungsten atoms can be remarkably adjusted, and the stability of WON @ NC NWs/CC can be further enhanced.)
技术领域
本发明涉及纳米催化剂制备技术领域，具体为一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法。
背景技术
长期以来，钨基纳米材料被广泛应用于催化电解水析氢。然而钨基纳米材料的活性却并不理想，研究人员一直致力于解决钨基纳米材料较差的导电性以及不耐腐蚀的缺点，以期实现对更高的催化效率。碳材料包裹策略能显著的减缓纳米材料的溶解，例如，商业化应用的Pt/C复合纳米材料就是这项策略有效性最好的证明。另外，异原子掺杂可以进一步优化碳材料的沾湿性、导电性，从而加快电极/电解质界面的电荷转移速度，进而提高电解水反应过程中质子和电子的转移。王勇课题组以水热辅助的方法将含碳、氮两种元素的氨基葡萄糖盐酸盐包裏在钴离子上，再经过髙温煅烧得到了高催化活性的氮掺杂的碳包裹的钴和氧化钴的复合材料。但是水热辅助包裹方法可能会出现碳包裹不均匀的问题，因而在后续的热解过程中会因碳包裹不充分而导致钴粒子团聚或者由于碳层包裹过厚而无法暴露活性钴位点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法，解决了氮掺杂的碳包裹的金属氧化物的复合材料的碳包裹不均匀的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、首先，在碳布上制备氧化物纳米线阵列(WO3NWs/CC)，将二水合钨酸钠溶解于超纯水中，待二水合钨酸钠全部溶解之后再继续滴加一定浓度的盐酸调节溶液至pH为一定值，得到溶液；
S2、随即在S1步骤中制备的溶液中继续加入草酸同时将溶液稀释，最后加入硫酸铵。然后将溶液转移至反应釜中同时放入小片碳布，将反应釜放置在180℃的烘箱中反应16h进而得到WO3 NWs/CC；
S3、接着将WO3NWs/CC浸于含二氰二胺和聚乙烯吡咯烷酮的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，待混合物完全润湿后，将其取出放置在含二氰二胺的管式炉中；
S4、接着管式炉以10℃/min升至温度一并保持2h后再以5℃/min的升温速度升至温度二并保持2h；
S5、最后等管式炉自然降温冷却便得到氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵([email protected]/CC)。
优选的，所述步骤S1中的盐酸的一定浓度为3mol/L。
优选的，所述步骤S1中的pH的一定值为1.2。
优选的，所述步骤S4中的温度一为500℃。
优选的，所述步骤S4中的温度二为700℃。
有益效果
本发明提供了一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法，通过水热的方法在碳布合成了氧化钨的纳米线阵列，然后在二氰二胺的惰性氛围中高温热解氧化钨的纳米线阵列制备目标产物。本发明通过简单地调控分解温度以及二氰二胺的量控制碳层的厚度，保证在钨氧氮纳米线上均匀的包裹上碳层，同时预先搭建的纳米线阵列结构也能有效避免金属粒子的团聚。本发明制备的[email protected] NWs/CC，在全pH范围内，展现出了优异的化学活性，氮掺杂到碳外层中提高电极材料的导电性，从而加速传质效率。同时有效的减缓内核中的WON溶解。此外，氮元素掺杂到氧化钨结构中不仅能显著的调节钨原子的电子结构，还能进一步增强[email protected] NWs/CC的稳定性。
附图说明
图1为本发明[email protected] NWs/CC的不同放大倍教下的扫描电镜图；
图2为本发明WO3 NWs/CC和[email protected] NWs/CC的X射线衍射图；
图3为本发明[email protected] NWs/CC的(A)高分辨透射电镜图和(B)选区衍射图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例提供三种技术方案：一种氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵的制备方法，具体包括以下实施例：
实施例1
S1、首先，在碳布上制备氧化物纳米线阵列(WO3NWs/CC)，将2mmol二水合钨酸钠溶解于18ml超纯水中，待二水合钨酸钠全部溶解之后再继续滴加3mol/L的盐酸调节溶液至pH为1.2，得到溶液；
S2、随即在S1步骤中制备的溶液中继续加入6mmol草酸同时将溶液稀释至45ml，最后加入2g硫酸铵。然后将溶液转移至反应釜中同时放入小片碳布，将反应釜放置在180℃的烘箱中反应16h进而得到WO3 NWs/CC；
S3、接着将WO3NWs/CC浸于含1.8g二氰二胺和0.2g聚乙烯吡咯烷酮的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，待混合物完全润湿后，将其取出放置在含1.8g二氰二胺的管式炉中；
S4、接着管式炉以10℃/min升至500℃并保持2h后再以5℃/min的升温速度升至700℃并保持2h；
S5、最后等管式炉自然降温冷却便得到氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵([email protected]/CC)。
实施例2
S1、首先，在碳布上制备氧化物纳米线阵列(WO3NWs/CC)，将3mmol二水合钨酸钠溶解于25ml超纯水中，待二水合钨酸钠全部溶解之后再继续滴加3mol/L的盐酸调节溶液至pH为1.2，得到溶液；
S2、随即在S1步骤中制备的溶液中继续加入8mmol草酸同时将溶液稀释至60ml，最后加入3g硫酸铵。然后将溶液转移至反应釜中同时放入小片碳布，将反应釜放置在180℃的烘箱中反应16h进而得到WO3 NWs/CC；
S3、接着将WO3NWs/CC浸于含3g二氰二胺和0.3g聚乙烯吡咯烷酮的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，待混合物完全润湿后，将其取出放置在含3g二氰二胺的管式炉中；
S4、接着管式炉以10℃/min升至500℃并保持2h后再以5℃/min的升温速度升至700℃并保持2h；
S5、最后等管式炉自然降温冷却便得到氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵([email protected]/CC)。
实施例3
S1、首先，在碳布上制备氧化物纳米线阵列(WO3NWs/CC)，将4mmol二水合钨酸钠溶解于30ml超纯水中，待二水合钨酸钠全部溶解之后再继续滴加3mol/L的盐酸调节溶液至pH为1.2，得到溶液；
S2、随即在S1步骤中制备的溶液中继续加入10mmol草酸同时将溶液稀释至70ml，最后加入4g硫酸铵。然后将溶液转移至反应釜中同时放入小片碳布，将反应釜放置在180℃的烘箱中反应16h进而得到WO3 NWs/CC；
S3、接着将WO3NWs/CC浸于含4g二氰二胺和0.5g聚乙烯吡咯烷酮的N，N-二甲基甲酰胺溶液中，待混合物完全润湿后，将其取出放置在含4g二氰二胺的管式炉中；
S4、接着管式炉以10℃/min升至500℃并保持2h后再以5℃/min的升温速度升至700℃并保持2h；
S5、最后等管式炉自然降温冷却便得到氮掺杂碳包裹的钨氧氮纳米线阵([email protected]/CC)。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。