[發明專利]納米多孔鎳-二硫化鉬/石墨烯復合材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810232758.6
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108441879B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 楊春成;陳麗新;杜麗;文子;趙明;李建忱;蔣青
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06;B22F9/22;B82Y40/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林

本發明涉及一種納米多孔鎳?二硫化鉬/石墨烯復合材料的制備方法及應用。將分別通過水熱法制備的二硫化鉬/石墨烯(MoS₂/RGO)和氫氧化鎳[Ni(OH)₂]混合，然后進行退火處理可制備出納米多孔鎳?二硫化鉬/石墨烯(NPNi?MoS₂/RGO)復合材料。具體方法如下：a、根據改進的Hummers方法制備氧化石墨；b、通過水熱法制備MoS₂/RGO；c、通過水熱法制備Ni(OH)₂粉末；d、將Ni(OH)₂與MoS₂/RGO混合均勻后置于管式爐中，在Ar/H₂氣氛下退火，Ni(OH)₂被還原成NPNi，制得NPNi?MoS₂/RGO復合材料。該復合材料作為析氫反應(HER)的催化劑，表現出優異的催化性能，起始電勢為85mV，在相同的電流密度下，與同條件制得的MoS₂、MoS₂/RGO和NPNi?MoS₂相比，具有明顯的優勢。本發明還可以拓展到其它催化劑的設計，為發展高效、低成本的催化劑提供了新的思路。

技術領域：

本發明涉及納米多孔鎳-二硫化鉬/石墨烯復合材料的制備方法及其作為催化劑在析氫反應中的應用。

背景技術：

氫氣具有較高的能量密度和環境友好的優勢，被廣泛地認為是最有應用前景的能量載體之一。鉑(Pt)是最有效的析氫反應(HER)催化劑，但資源稀少以及成本較高嚴重地限制了它的應用。近年來，大多數關于HER的研究集中在尋找一種可以替代Pt的，資源豐富的材料作為催化劑。在眾多可替代Pt的催化劑中，二硫化鉬由于其獨特的結構特性和適當的吸氫自由能，引起了人們廣泛的關注。

二硫化鉬作為一種高效的、有望替代Pt的HER催化劑，已經得到了理論模擬和實驗結果的證實。但是，二硫化鉬的發展仍然受到了嚴峻的挑戰，主要是因為：(1)二硫化鉬的活性位置少，主要集中在邊緣，表面不能得到充分的利用；(2)二硫化鉬本身的導電性比較差。為了改善二硫化鉬的催化性能，國內外科研人員進行了大量的研究，取得了一些成果。根據文獻報道，通過尺寸以及形貌調控、金屬摻雜、制造硫空位等方法可以增加二硫化鉬的活性位置，提高其催化性能；通過將二硫化鉬與導電性較好的材料復合，如石墨烯、三維多孔金屬、氮摻雜的碳納米纖維等可以改善二硫化鉬的導電性，加快電化學反應速率，提高其催化性能。上述方法對于提高二硫化鉬的催化性能來說是非常有效的，但是提高幅度還不夠。具有獨特的三維多孔結構的納米多孔鎳和石墨烯都有較大的比表面積和良好的導電性，將二者與二硫化鉬進行復合，在改善二硫化鉬導電性的同時，還能抑制二硫化鉬堆垛，增加其活性位置，從而有效地提高二硫化鉬的催化性能。

發明內容：

本發明的目的是提供一種結合水熱法和熱處理的納米多孔鎳-二硫化鉬/石墨烯復合材料的制備方法及應用。在該復合材料中，石墨烯具有良好的導電性，并且能夠抑制二硫化鉬團聚，使其均勻地分布在石墨烯的表面，有效地減小了電化學反應過程中的電荷轉移電阻；納米多孔鎳能夠提高催化劑的催化活性，其獨特的三維多孔結構還為H⁺的傳輸提供了更多的通道，進一步提高了析氫反應速率。該復合材料作為析氫反應的催化劑，表現出優異的催化性能，具有一定的應用前景。本發明還可以拓展到其它催化劑的設計，為發展高效、低成本的催化劑提供了新的思路。

本發明上述目的是通過以下技術方案實現的：

一種納米多孔鎳-二硫化鉬/石墨烯復合材料的制備方法，包括以下步驟：

a、根據改進的Hummers方法合成氧化石墨；