[發(fā)明專利]一種三維石墨烯/碳納米管基二硫化鉬/硫化鈷復(fù)合材料電催化劑及其制備方法和應(yīng)用有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201710991869.0 | 申請(qǐng)日： | 2017-10-23 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN107904620B | 公開(kāi)（公告）日： | 2020-01-10 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 陳錫安;奚喬亞;鄧文娟;陳慈悅;魏會(huì)方;黃少銘 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 溫州大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | C25B11/06 | 分類號(hào)： | C25B11/06;C25B1/04 |
| 代理公司： | 33237 溫州金甌專利事務(wù)所(普通合伙) | 代理人： | 夏曙光 |
| 地址： | 325000 浙江省溫州市甌海*** | 國(guó)省代碼： | 浙江;33 |
| 權(quán)利要求書(shū)： | 查看更多 | 說(shuō)明書(shū)： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 前驅(qū)體 二硫化鉬 金屬離子 碳納米管 硫化鈷 石墨烯 制備方法和應(yīng)用 三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 水熱反應(yīng)過(guò)程 修飾碳納米管 氧化石墨烯 電化學(xué) 傳遞路徑 催化材料 電催化劑 黑色固體 黑色物質(zhì) 抗壞血酸 快速電子 離子輸運(yùn) 納米結(jié)構(gòu) 三維結(jié)構(gòu) 復(fù)合材料 電活性 反應(yīng)釜 復(fù)合物 氯化鈷 凝膠狀 鉬酸鈉 超聲 硫脲 錨定 位點(diǎn) 析氫 柱狀 加熱 洗滌 冷卻 三維 協(xié)同 暴露 | ||
本發(fā)明屬于催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種三維石墨烯/碳納米管基二硫化鉬/硫化鈷復(fù)合材料電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，包括以下步驟：步驟一：前驅(qū)體的處理：將一定量的氧化石墨烯和修飾碳納米管超聲后，加入抗壞血酸、硫脲和金屬離子前驅(qū)體混合均勻，所述金屬離子前驅(qū)體為鉬酸鈉和氯化鈷；步驟二：水熱反應(yīng)過(guò)程：將混合好的復(fù)合物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加熱至160?200℃，并在該溫度下反應(yīng)20?28h，冷卻至室溫后獲得凝膠狀黑色物質(zhì)，洗滌，冷干，得到柱狀黑色固體。三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯/碳納米管提供了快速電子傳遞路徑和離子輸運(yùn)通道，納米結(jié)構(gòu)二硫化鉬/硫化鈷錨定在三維結(jié)構(gòu)碳上暴露出更多電活性位點(diǎn)，從而協(xié)同提升電化學(xué)析氫性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于催化材料領(lǐng)域，具體涉及一種三維石墨烯/碳納米管基二硫化鉬/硫化鈷復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
氫氣被認(rèn)為是一種可持續(xù)清潔能源。電解水是制備氫氣的有效途徑之一。分解水反應(yīng)過(guò)程中往往需要高效的析氫催化劑，使反應(yīng)可在較低的過(guò)電壓下產(chǎn)生較大的電流。目前市場(chǎng)上電解水產(chǎn)氫性能最好的是Pt/C催化劑，但由于其資源匱乏，成本較高，無(wú)法大規(guī)模地應(yīng)用。許多科研工作者嘗試開(kāi)發(fā)與Pt具有類似活性的低成本替代品。
近年來(lái)一些非貴金屬已被報(bào)道用來(lái)作為析氫催化劑，如過(guò)渡金屬合金、金屬硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、硼化物等。其中，二硫化鉬在電催化析氫領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)引起了許多科研工作者的極大興趣。然而，二硫化鉬本征導(dǎo)電性差和比表面積小等一些缺陷存在限制了其析氫催化活性。針對(duì)這些問(wèn)題，一些方法已被報(bào)道用來(lái)改善其催化析氫活性。如Li等人（J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 7296-7299）報(bào)道了以硫代鉬酸銨作為鉬源、二甲基甲酰胺作為溶劑，水合肼作為還原劑，在石墨烯上生長(zhǎng)硫化鉬納米粒子，從而提高了電催化析氫的活性，然而昂貴的硫代鉬酸銨和具毒性的水合肼的使用限制了該方法的應(yīng)用。專利CN105200450則采用鉬酸鈉代替硫代鉬酸銨作為鉬源，硫脲為硫源，以二甲基甲酰胺作為溶劑，在220℃下制備炭黑/二硫化鉬復(fù)合材料作為電催化劑催化析氫，在200 mV過(guò)電位下，獲得25 mA/cm2的還原電流密度。專利CN104071744公開(kāi)了采用靜電紡絲技術(shù)制備核殼結(jié)構(gòu)含鉬和鈷的高分子纖維，以硫粉作為硫源，控制退火溫度，合成金屬硫化物基核殼結(jié)構(gòu)電催化材料，實(shí)現(xiàn)10 mA/cm2電流密度所需過(guò)電位降低至190 mV，其性能提升主要?dú)w因于復(fù)合的鈷化合物改變鉬原子的d帶電子密度，然而其析氫的塔菲爾斜率仍達(dá)110 mV/Dec。盡管這些技術(shù)已經(jīng)在一定程度上提高硫化鉬催化析氫活性，但如何設(shè)計(jì)并簡(jiǎn)便合成高催化活性的硫化鉬基催化劑仍是當(dāng)前該領(lǐng)域研究的重大挑戰(zhàn)之一。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種三維石墨烯/碳納米管基二硫化鉬/硫化鈷復(fù)合電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下：一種三維石墨烯/碳納米管基二硫化鉬/硫化鈷復(fù)合電催化劑，為以三維交聯(lián)的凝膠狀石墨烯/碳納米管基底材料生長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)二硫化鉬/硫化鈷復(fù)合物形成的。
一種上述的三維石墨烯/碳納米管基二硫化鉬/硫化鈷復(fù)合電催化劑的制備方法，包括以下步驟：
步驟一：前驅(qū)體的處理：將一定量的氧化石墨烯和修飾碳納米管超聲后，加入抗壞血酸、硫脲和金屬離子前驅(qū)體混合均勻，所述金屬離子前驅(qū)體為鉬酸鈉和氯化鈷；
步驟二：水熱反應(yīng)過(guò)程：將上述混合好的復(fù)合物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，加熱至160-200℃，并在該溫度下反應(yīng)20-28h，冷卻至室溫后獲得凝膠狀黑色物質(zhì)，用水洗滌，冷凍干燥，得到柱狀黑色固體。
步驟一中，鉬酸鈉與氯化鈷的物質(zhì)的量比為1:1-1:3。
步驟一中，鉬酸鈉與硫脲的質(zhì)量比為1:1-1：3。
步驟一中，鉬酸鈉與氧化石墨烯的質(zhì)量比為25:1-75:1。
步驟一中，氧化石墨烯與碳納米管的質(zhì)量比為8：1-10:1。
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