[發明專利]一種鈷摻雜二硫化鉬原位電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201711342109.3
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108046338B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 黃妞;鄭方;孫小華;孫盼盼
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C01G51/00
• 分類號: C01G51/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明提供一種鈷摻雜二硫化鉬原位電極，所述的鈷摻雜二硫化鉬為鈷均勻替代鉬所形成的鈷摻雜二硫化鉬，鈷摻雜二硫化鉬的物相為2H型二硫化鉬。具體制備方法是在室溫下，將氯化鉬溶于乙醇溶液中，再加入金屬鈷鹽，再加入硫脲，攪拌溶解，得到Co?Mo?S前軀液；將上述前軀液滴涂或旋涂到基底上，70~100℃快速干燥，得到前驅膜；將步驟二中前驅膜于氬氣或氮氣保護中經500~800℃燒結0.5~2 h，隨爐冷卻取出即可得到鈷摻雜二硫化鉬原位電極。本發明利用Co?Mo?S前驅液內Co、Mo、S原子的均勻混合性和Co?Mo?S乙醇前驅液易均勻成膜性；利用500~800℃高溫固相反應制備鈷摻雜的二硫化鉬。原位Co摻雜MoS₂電極生長具有相對于熱解Pt電極更好的穩定性。

技術領域

本發明涉及原位電極及其制備方法，屬于能量存儲和轉換新型材料領域。

背景技術

二硫化鉬作為一類新型的二維過渡金屬硫化物，因其特殊的物理化學特性，在諸多領域都成為了研究熱點，例如加氫脫硫、電解水制氫、場效應晶體管、太陽能電池、傳感器、鋰離子電子和超級電容器等。研究表明二硫化鉬的活性位點位于片層結構的邊緣，而片層平面(基面)內基本是惰性的。因此，大量的研究工作都致力于缺陷調控以增加鉬或硫的邊緣，或者致力于結構優化讓二硫化鉬垂直基底生長而裸露出更多邊緣位點。最近，包信和院士課題組發現單金屬原子摻雜能將惰性的基面硫原子變得具有高的催化活性，例如：鈷、金、鉑等。其中鈷摻雜相比于金和鉑，更廉價，因而更具優勢。

此外，二硫化鉬的導電性較弱，且其與導電基底的電接觸不佳也將影響電子的傳輸，進而制約電催化化學反應和電極的穩定性。原位生長作為一種可行的解決方案，常能使得活性材料和基底之間具有良好的機械接觸和電接觸。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種原位制備鈷原子摻雜二硫化鉬的反應法，

該方法具有所需原料成本低廉、反應條件易于控制、生產工藝簡單、所形成的產品一致性好，環境污染小等優點，對于原位摻雜電極的批量生產有重大意義。為此，本發明提供了一種鈷摻雜二硫化鉬原位電極，所述的鈷摻雜二硫化鉬為鈷均勻替代鉬所形成的鈷摻雜二硫化鉬，鈷摻雜二硫化鉬的物相為2H型二硫化鉬。所述的鈷均勻替代鉬中有5at％-20at％的鈷替代了鉬。所述的鈷為納米顆粒狀。

一種前軀液成均勻膜后再保護氣氛下固相燒結，制備鈷摻雜二硫化鉬原位電極的方法，包括如下步驟：

(1)在室溫下，將氯化鉬溶于乙醇溶液中，再加入金屬鈷鹽，再加入硫脲，攪拌溶解，得到Co-Mo-S前軀液；

(2)將上述前軀液滴涂或旋涂到基底上，70～100℃快速干燥，得到前驅膜；

(3)將步驟二中前驅膜于氬氣或氮氣保護中經500～800℃燒結0.5～2h，隨爐冷卻取出即可得到鈷摻雜二硫化鉬原位電極。

所述的金屬鈷鹽為可溶于極性溶劑的鹽，包括硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷、乙酸鈷、草酸鈷或碳酸氫鈷。

金屬鈷鹽與氯化鉬的摩爾比為1:2～18，氯化鉬的濃度為100～700mM，金屬原子與硫脲的摩爾比為1：2～7。

所述的步驟(2)中將上述前軀液滴涂或旋涂到基底上，70～100℃于干燥空氣中自然干燥或于熱臺上干燥5-15min，得到前驅膜。

氬氣或氮氣保護中，固相燒結的溫度為500～800℃。