[發明專利]具有良好電催化產氫性能的超薄單層金屬性二硒化釩納米片的宏量制備方法

在審

• 申請號: 201610813270.3
• 申請日: 2016-09-10
• 公開（公告）號: CN106629845A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 趙穩穩;董博華;曹立新
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C01G31/00
• 分類號: C01G31/00;C25B1/04
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種單層、超薄、具有金屬性的納米材料，具體講二硒化釩超薄納米片的宏量制備方法。

背景技術

近年來，石墨烯作為目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，引起了材料界對石墨烯、類石墨烯等二維納米材料研究的狂熱。石墨烯其優良的導電性源于其超高的電子遷移率，其優異的力學性能源于其晶格中規則排列的碳原子形成的SP²雜化。二維晶體通常顯現出獨特的電學、光學以及磁學性質，自身具有獨特的結構優勢，這為探索新型電催化劑和能源存儲材料指引了方向。由于二維過渡金屬硫族化合物獨特的物理、化學性質，探索新型的性能更加優異的超薄納米材料如MoS₂, MoSe₂, WS₂, VS₂等而成為材料研究的熱點。VSe₂是典型的過渡金屬硫族材料，單層的VSe₂是由金屬釩原子和硒原子按照三明治結構形成的Se?V?Se圖層根據范德華力相互作用組成。硒化釩本體材料具有優良的力學、磁學及電學性能，可作為磁電子學器件、超級電容器材料等。而本專利首次探索了其電催化產氫性能，本發明所制備的硒化釩單層納米片具有較低的析氫電位、較高的電流密度、較低的電阻，電阻達到2Ω，在電流密度為10mA/cm²時析氫電位可達到204mV。其優異的電催化性能有望替代昂貴的金屬鉑進行電催化產氫。

發明內容

本發明的目的是提供一種單層、超薄納米片的宏量制備方法。該方法探索了不同條件對納米晶體XRD及形貌的影響，比如改變反應溫度、反應溶劑、反應原料及反應時間。得出了通過控制反應時間來控制納米片的生長，使片層結構由單層、小尺寸向多層、大尺寸的生長。該方法確定了結晶性好、單層、形貌均一的硒化釩納米片結構的反應條件，并且產物具有的優良電催化產氫性能。

單層、超薄硒化釩納米片的宏量制備方法，其特征在于將乙酰丙酮氧釩、硒粉與油胺溶液混合，混合后在一定溫度抽真空后再升溫到一定溫度反應一定時間。控制不同反應時間,可以得到單層片至多層片。本發明的優點在于反應是在三口瓶中進行，一步法加入所有原料進行反應。反應條件的改變容易操作，并且反應安全易控制。

具體實施方式

操作時首先稱取一定量的乙酰丙酮氧釩，再稱取一定量的硒粉，并加入到油胺溶劑中攪拌均勻。在一定溫度下抽真空、通氮氣反復多次，以排除溶液里的水分、氧氣以及其他易揮發的雜質。再將混合均勻的溶液升溫至230-330^oC反應，升溫及反應過程都要通氮氣。反應溫度在330^oC之前，反應物都沒有反應完全，雜質的含量隨著溫度的升高逐漸減少，直到330^oC時完全反應生成純凈的二硒化釩納米晶體。在330^oC時，調控反應時間0min-1.5h，在反應時間1.5h時，得到結晶性好、超薄、單層的VSe₂納米片。收集VSe₂納米片的方法是：將反應后的混合溶液轉移至離心管加入乙醇離心，在得到的沉淀產物中加入一定比例的環己烷和乙醇繼續洗滌幾次，最后在真空干燥箱中60^oC下干燥。

附圖說明：

圖1:不同反應溫度下合成的VSe₂納米晶體的XRD；

圖2：不同反應溫度下合成的VSe₂納米晶體的XRD；

圖3：330^oC反應1.5h的VSe₂納米片的XRD（圖a）、TEM（圖b），單層、超薄小片；

圖4：30^oC反應1.5小時制備的VSe₂超薄納米片的線性掃描伏安特性曲線(圖a)、阻抗譜圖(圖b)、循環穩定性曲線（圖c），電阻達到2Ω，在電流密度為10mA/cm2時析氫電位可達到204mV。

實施例1

操作時，稱取9mmol乙酰丙酮氧釩，18mnol硒粉，40ml油胺溶劑一起加入到100ml的三口燒瓶中進行攪拌。然后升溫至140^oC，抽真空10min、通氮氣5min反復三次。再升溫至330^oC，反應1.5h后停止反應冷卻至室溫。將產物轉移至四個50ml離心管中，分別加入25ml乙醇，在5000rpm下離心5min，沉淀產物用1:2（V：V）環己烷：乙醇洗滌兩次，再在真空干燥箱中60^oC下干燥，最后得到結晶性好、單層、超薄的硒化釩納米片（如圖3）。