[發明專利]一種兩步法制備硫化鈷/硫化鉬復合材料及在氫氣析出反應應用

有效

• 申請號: 201810645382.1
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108855145B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 王宗花;于婧;張立學
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J35/02;B01J35/08;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董潔

本發明公開了一種兩步法制備Co₉S₈/MoS₂復合材料及在氫氣析出反應中的應用，該發明的目的是提高催化劑對氫氣析出反應的催化性能及自身穩定性。首先通過定量的鈷鹽、硫脲和谷胱甘肽混合溶液進行水熱處理得到具有空心球結構的Co₉S₈前驅體，再將Co₉S₈前驅體置于鉬鹽和L?半胱氨酸的溶液中進行二次水熱處理，在此過程MoS₂納米花前驅體生長在具有空心球結構的Co₉S₈，最終經過煅燒處理后得到Co₉S₈/MoS₂。該復合物所具有的獨特的三維納米結構，使其具有較大的比表面積，暴露出更多的活性位點；值得注意的是，Co₉S₈和MoS₂之間存在界面結構，存在有助于提高催化活性的Co?Mo?S鍵，從而提高了析氫催化活性。該方法操作簡單，制作過程無污染，易于生產。

技術領域

本發明屬于材料和能源技術領域，具體涉及一種兩步法制備Co₉S₈/MoS₂復合材料及在氫氣析出反應中的應用。

背景技術

氫能是主要的清潔能源之一。電解水制氫技術是目前廣泛使用的技術之一。這主要是由于其工藝簡單，生產過程無污染，原料豐富。這種方法是利用直流電通過電解液使水分解成氫氣和氧氣。由于水的分離度低，離子電導率小，所以需要加入電解質，以增加溶液的導電能力。現在Pt/C催化劑對析氫反應有較高的催化活性，但是由于其價格昂貴且儲量有限，限制其在商業上的大量應用。所以尋找及研究高性能且價格低廉的催化劑是現在人們研究的重點。

近年來，過渡金屬化合物成本低廉，制備簡單，對環境友好，且在堿性溶液中有較強的耐腐蝕性，已經被人類廣泛應用于電解水領域中。其中，研究較多的是過渡金屬硫化物，特別是鈷的硫化物和鉬的硫化物。而其中的Co₉S₈由于其具有獨特的光學和磁學性質，被人們廣泛研究，目前Co₉S₈的多種形貌已經被合成，而Co₉S₈空心球的制備較少。王登志等人以六水氯化鈷和硫脲為前驅物，利用超聲噴霧熱解法在300℃玻璃襯底上制備了Co₉S₈球殼，所得材料具有較好的介電穩定性，可用于電容材料。但是制備得到的Co₉S₈球殼的直徑較大，形貌不規則，而作為單一的材料由于具有高表面能而不穩定，故限制了其在氫氣析出反應中的應用。

二硫化鉬具有六方晶系層狀結構，層與層之間由范德華力固定，由于納米結構的二硫化鉬比表面積大，表面活性高，在作為催化劑方面具有很廣闊的應用前景。將MoS₂與Co₉S₈復合有望提高復合材料的催化活性。目前，Bai Jinman等人公開了一種核殼結構的Co₉S₈/MoS₂。采用溶劑熱法制備的Co₉S₈/MoS₂沒有明顯形貌，不利于催化劑較大的比表面積，不利于反應的進行。Han Zhu等人公開了生長在碳纖維上的具有核殼結構的Co₉S₈/MoS₂。該催化劑采用了碳纖維為基底，還采用化學氣相沉積方法，制備步驟繁瑣并且提高了成本，而且采用硫為硫源會在煅燒過程中會產生有毒氣體，對環境造成污染。Geng Hongbo等人公開了一種蛋黃-殼結構的Co₉S₈/MoS₂用于鋰電和鈉電的測試，測試表明，其具有Li/Na高存儲性能和高特異性容量，極好的速率能力和良好的循環穩定性，但該種結構的Co₉S₈/MoS₂主要適用在Li/Na電池的儲存上，沒利用到制氫技術中。