[發明專利]氮、硫摻雜的三維碳納米網絡負載二硫化鉬納米材料及制備

有效

• 申請號: 201710886672.0
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107747106B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 何春年;刁樂晨;趙乃勤;師春生;劉恩佐;馬麗穎;何芳;李家俊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種氮、硫摻雜的三維碳納米網絡負載二硫化鉬納米材料,并提供其制備方法和應用。該材料為二硫化鉬納米片負載在氮、硫摻雜的三維碳納米網絡上，其中二硫化鉬納米片在100?300nm，氮、硫摻雜的三維碳厚度為1?10nm，三維石墨烯網絡半徑在10?50μm，該材料中二硫化鉬與總碳量的質量百分比為：(0.3?0.8):(0.5?0.2)。

技術領域

本發明涉及一種氮、硫摻雜的三維碳納米網絡負載二硫化鉬(MoS₂)納米材料的制備方法與應用，屬于電催化析氫材料領域。

背景技術

隨著環境與能源問題的日益突出，人們急需尋求可再生的能量來源和能量載體。H₂是一種含量豐富并且可再生的清潔能源，可以用作能量載體來代替化石燃料。產生H₂的方法有甲烷氣重整、光催化解水、電催化解水等方法。電催化水分解產生H₂是一種最高效、最清潔的大規模生產H₂的方法，因此人們廣泛的研究高效的電催化劑。目前，效率最高的電催化劑是Pt，但是由于Pt價格昂貴而且儲量有限，因此限制了其在工業中的大規模應用。尋找一種便宜而且地球儲量充足的電催化劑勢在必行。

其中，MoS₂作為一種高效而且穩定的HER電催化而被廣泛的研究。但是MoS₂的本身導電性較差，不利于其催化性能發揮。目前主要的解決辦法有兩個：一是將2H相的MoS₂通過正丁基鋰的插層反應變成1T相的MoS₂；二是將MoS₂與碳材料復合，從而提高其導電性和電催化析氫性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種氮、硫摻雜的三維碳納米網絡負載二硫化鉬納米材料的制備與應用。該材料由二硫化鉬片層負載到氮、硫摻雜的三維碳納米網絡上，其制備方法過程簡單，可量產，該材料作為電催化析氫反應催化劑具有良好的性能，應用前景廣闊。本發明的技術方案通過以下步驟實現，

一種氮、硫摻雜的三維碳納米網絡負載二硫化鉬納米材料，其特征在于，該材料為二硫化鉬納米片負載在氮、硫摻雜的三維碳納米網絡上，其中二硫化鉬納米片在100-300nm，氮、硫摻雜的三維碳厚度為1-10nm，三維石墨烯網絡半徑在10-50μm，該材料中二硫化鉬與總碳量的質量百分比為：(0.3-0.8):(0.5-0.2)。

所述結構的氮、硫摻雜的三維碳納米網絡負載二硫化鉬納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1).以蔗糖、葡萄糖、檸檬酸、檸檬酸銨中的一種或幾種混合為碳源，以四水合仲鉬酸銨為鉬源，以硫酸鈉(Na₂SO₄)為模板和硫源，以尿素、三聚氰胺、雙氰胺中的一種或幾種混合為氮源，以碳源中的碳與鉬源中的鉬摩爾比為(20～100):1，以鉬源中的鉬與Na₂SO₄的質量比為1：(10～100)，以碳源中的碳與氮源中的氮摩爾比為(10～100):1計，將碳源、氮源、鉬源和Na₂SO₄加入去離子水中溶解，攪拌配成溶液，再超聲混合均勻后冷凍，再進行真空干燥，得到混合物；

(2).將步驟(1)制得的混合物研磨成粉末，鋪于方舟中，置于管式爐恒溫區進行煅燒：以N₂或Ar的一種或兩種作為惰性氣體源，先以流量為200～400ml/min通入惰性氣體30-60分鐘以排除空氣；再以Ar作為載氣，將載氣流量固定為50～200ml/min，以1～10℃/min的升溫速度升溫管式爐至650～800℃，保溫1-8h進行碳化，反應結束后冷卻至室溫，得到煅燒產物；

(3).收集步驟(2)制得的煅燒產物，研細，水洗至煅燒產物中沒有Na₂SO₄為止，在溫度為60～120℃下烘干，得到氮、硫摻雜的三維碳納米網絡負載二硫化鉬納米材料。