[發(fā)明專利]一種多孔碳負載二硫化鉬納米片復合材料及其制備方法與應用

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• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN106964371A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 胡勁松;黃林波;張云
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J35/10;B82Y30/00;C25B11/06
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 關暢,王春霞

技術領域

本發(fā)明屬于納米材料制備及催化技術領域，尤其涉及一種多孔碳負載二硫化鉬納米片復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

近年來石墨烯研究的迅猛發(fā)展，使得二維層狀材料再次成為研究熱點，這種層狀結構是通過層間相互作用力堆疊而成，并且隨著維數(shù)的降低，材料在電子學結構上與塊體材料相比有明顯不同，這就使其在微電子領域和催化領域表現(xiàn)出了良好的應用前景。

二硫化鉬為一種類似于石墨烯片層結構的層狀半導體材料，不僅具有優(yōu)異的電學性能，而且還具有良好的催化活性，受到了越來越多的人關注。單層二硫化鉬是由S-Mo-S三層原子組成的夾心結構，厚度為0.65納米，直接帶隙為1.78電子伏，這些特征使得單層與塊體材料相比具有明顯優(yōu)勢。此外，二硫化鉬的邊緣是很好的催化活性中心。近年來研究表明，二硫化鉬對于氫析出反應(HER)有電催化活性，能用于氫能的制備，這使得其在電解水制氫領域具有很好的應用潛能。雖然二硫化鉬能表現(xiàn)出一定的催化性能，但是微米級和塊體相二硫化鉬催化活性極低，應用價值較小，只有當二硫化鉬的尺寸降低至納米級，且為一層或幾層結構時，其顯著的催化性能才會顯現(xiàn)出來。

目前制備二硫化鉬納米薄片的方法有：1)鋰離子插層法，但是必須在無水無氧下進行，實驗周期長，制備出的二硫化鉬納米薄片缺陷多；2)機械剝離法，產量少，不能大規(guī)模應用；3)化學沉積法，產量非常少，副產物多；4)水熱合成法，制備步驟復雜，產量少，不能規(guī)模化使用。總的來說，以上方法都面臨著各種問題，尤其是在實際電解水制氫催化應用中不利于活性位點的暴露，且易造成有效位點的損失。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種多孔碳負載二硫化鉬納米片復合材料及其制備方法與應用，該復合材料中，二硫化鉬納米片高度分散在多孔碳載體上，單分散性好、分布均勻且可控，且將其作為電解水制氫催化劑時，表現(xiàn)出優(yōu)異的制氫催化活性。

本發(fā)明提供的一種多孔碳負載二硫化鉬納米片復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)利用多孔碳吸附鉬酸鹽，得到前驅物；

(2)在惰性氣氛下，對所述前驅物進行熱處理；硫蒸氣與經過熱處理的前驅物進行硫化反應，即可得到所述多孔碳負載二硫化鉬納米片復合材料。

上述的制備方法，步驟(1)中，所述多孔碳與所述鉬酸鹽的質量比可為12：(1～40)，具體可為12：(5～40)、12：(5～30)、12：(5～20)、12：(5～10)、12：5、12：10、12：20、12：40，優(yōu)選12：5。

上述的制備方法，步驟(1)中，所述多孔碳可為任意從商業(yè)途徑購買得到或者按照常規(guī)方法制備得到的具有多孔結構的碳材料，在本發(fā)明的具體實施例中，所述多孔碳可為科琴黑。所述多孔碳的孔徑和比表面積不受限制，在本發(fā)明的具體實施例中，所述多孔碳的孔徑可為0.5～20納米，比表面積可為1400m²/g。

上述的制備方法，步驟(1)中，所述鉬酸鹽可為鉬酸銨、鉬酸鈉和鉬酸鉀等可溶性鉬酸鹽中的一種或幾種。

上述的制備方法，步驟(1)的具體操作如下：將所述多孔碳和所述鉬酸鹽分散在水中，靜置吸附后離心，收集固體進行真空干燥，得到前驅物。

所述多孔碳質量與水的體積比可為(30～120)克：5升，具體可為60克：5升。

所述靜置吸附的時間可為12～36小時，具體可為24小時。

所述真空干燥溫度可為50～100℃，具體可為60℃；真空干燥時間可為12～36小時，具體可為24小時；真空度可為-0.05～-0.2兆帕，具體可為-0.1兆帕。

上述的制備方法，步驟(2)中，所述熱處理的溫度可為500～700℃，優(yōu)選600℃；時間可為0.5～3小時，優(yōu)選2小時。

上述的制備方法，步驟(2)中，所述硫蒸氣與所述前驅物的質量比可為1：(10～50)，優(yōu)選1：20。

上述的制備方法，步驟(2)中，所述硫化反應的溫度可為500～700℃，具體可為500℃、600℃或700℃，優(yōu)選600℃；時間可為0.25～3小時，具體可為1～3小時、1小時或3小時，優(yōu)選1小時。

上述的制備方法，所述步驟(2)可在雙溫區(qū)加熱爐進行，具體操作如下：

2-1)沿著所述惰性氣體通入的方向，將所述前驅物置于所述雙溫區(qū)加熱爐的下游，硫粉置于所述雙溫區(qū)加熱爐的上游；