[發(fā)明專利]一種用于海水制氫的二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極及其溶劑回流制備方法

有效

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• 申請日: 2018-08-26
• 公開（公告）號: CN109136967B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設計）人: 徐彥賓;肖滌非;王德;蔣傳海;肖果蕾;都政言;楊正龍;陳厚
• 申請（專利權(quán)）人: 魯東大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/03;C25B11/077;C23C18/12
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本發(fā)明公開了一種用于海水制氫的二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極及其溶劑回流制備方法，所述二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極為具有二維片層或類花狀的二硫化鉬在泡沫鎳基底上垂直生長而成的分級陣列結(jié)構(gòu)；利用二硫化鉬與泡沫鎳的協(xié)同作用，通過原位復合的方式提高電極的催化特性、導電性，能夠大幅降低電解水制氫的起始電壓，并且能夠應用于海水環(huán)境，有助于推動氫氣的低成本環(huán)?；a(chǎn)。本發(fā)明所述二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極以溶劑回流方法制備，對設備要求低、可大規(guī)模生產(chǎn)，主要制備過程包括：對泡沫鎳的預處理、混合前體溶液的制備，然后通過一步溶劑回流法在泡沫鎳上生長二硫化鉬得到二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種溶劑回流法制備二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極的“自下而上”可控合成方法。

背景技術(shù)

從研究者最初認為二維晶體不可能單獨穩(wěn)定存在，到2004年Andre Geim和Konstantin Novoselov利用實驗成功剝離獲得石墨烯，再到具有天然零帶隙的石墨烯二維材料的廣泛應用。二維材料的研究領(lǐng)域已突破零帶隙限制，更多具有類石墨烯二維層狀結(jié)構(gòu)的無機化合物如BN、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物等新興材料的研究也不斷取得新進展。

二硫化鉬是一種典型的過渡金屬層狀化合物，在自然界中的主要以輝鉬礦的形式存在。單層二硫化鉬是兩層硫原子夾著一層鉬原子的夾心結(jié)構(gòu), 層與層之間距離約為0.65nm，靠范德華力結(jié)合在一起。區(qū)別于零帶隙單原子層的獨特夾心結(jié)構(gòu)使得二硫化鉬材料隨層數(shù)減少可以從間接帶隙半導體變成直接帶隙半導體，屬于天然的帶隙可調(diào)控材料（1.20-1.92 eV）。二維硫化鉬因其獨特的物理、化學特性，在催化領(lǐng)域極具前景，因而引起了廣大催化研究學者的關(guān)注。

電催化分解海水制氫反應涉及氣-液-固三相界面的多步、復雜過程，為更高效地催化該反應，需要對電催化材料結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)進行調(diào)控和優(yōu)化。不難理解，利用二維結(jié)構(gòu)MoS₂電催化海水制氫的關(guān)鍵是材料的可控合成與制備。二維層狀結(jié)構(gòu)MoS₂的制備方法多種多樣，常用制備方法分為“化學”的水熱法、微乳液合成法和化學氣相沉積法等；以及“物理”的超聲法、離子插層剝離法和微機械剝離法等。不同制備方法可獲得棒狀、球狀、納米花狀等形貌差別很大的MoS₂材料。而上述方法均具有合成條件要求高、重現(xiàn)性差等缺點，且二硫化鉬作為一種典型的半導體，導電性差，因此限制了二硫化鉬作為電極材料的進一步發(fā)展和商業(yè)化應用。

由于泡沫鎳材料具有良好的穩(wěn)定性和導電性、固有的抗拉強度、一定的催化性能以及獨特的開孔結(jié)構(gòu)，因此可作為許多納米材料的載體。利用二硫化鉬、泡沫鎳的協(xié)同作用，能夠有效解決單一二硫化鉬材料的諸多局限性，提高材料的導電性、催化性與穩(wěn)定性，能夠適用于電催化分解海水制氫。

最近人們通過不同方法制備出不同組成的二硫化鉬復合材料，但未見一步溶劑回流法制備具有高效催化析氫性能的二硫化鉬/泡沫鎳復合材料的相關(guān)報道。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種簡單的制備具有高效催化析氫性能的二硫化鉬/泡沫鎳復合電極材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有高催化性、高穩(wěn)定性、能夠應用于電催化分解海水制氫的二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極。其為具有二維片層或類花狀的二硫化鉬在泡沫鎳基底上垂直生長而成的分級陣列結(jié)構(gòu)。利用二硫化鉬與泡沫鎳的協(xié)同作用，通過原位復合的方式提高電極的催化特性。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于海水制氫的二硫化鉬/泡沫鎳電催化復合電極的溶劑回流制備方法，步驟如下：

（1）泡沫鎳的預處理：將剪裁的1.0cm×1.5cm泡沫鎳依次經(jīng)過稀鹽酸、去離子水、無水乙醇超聲處理10~30min，50~90 ℃ 真空干燥4~10小時，所得泡沫鎳極片用于無復合對比極片；再將所述泡沫鎳長邊（1.5cm）的一端（0.5cm）以特氟龍膠帶緊密纏繞，用于后續(xù)復合電極制備。