[發(fā)明專利]一種二硫化鉬復(fù)合材料及其制備方法和用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811130165.5
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109267092B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉碧錄;羅雨婷;鄒小龍;唐磊
• 申請（專利權(quán)）人: 清華-伯克利深圳學院籌備辦公室
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發(fā)明涉及一種二硫化鉬復(fù)合材料及其制備方法和用途。所述二硫化鉬復(fù)合材料包括由二硫化鉬和碳化鉬構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；通過在導電基底上利用水熱法制備二硫化鉬，再通過高溫氣相法將其表面部分碳化，從而形成二硫化鉬/碳化鉬異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；利用上述制備方法能實現(xiàn)一系列二硫化鉬/碳化鉬異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的可控制備。本發(fā)明所提供的二硫化鉬/碳化鉬異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可作為析氫電催化劑，其在酸性和堿性電解液中都具有電催化活性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，并且適用于工業(yè)水平的大電流密度電解水產(chǎn)氫，在電解水產(chǎn)氫工業(yè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二硫化鉬復(fù)合材料及其制備方法和用途。

背景技術(shù)

當前，人類對化石能源的過度使用導致環(huán)境和能源問題日益突出，利用電化學催化方法分解水產(chǎn)氫是可再生能源轉(zhuǎn)化的一種有效途徑，同時也是有望解決當前能源危機的最安全有效的策略。然而，電解水產(chǎn)氫最大的問題是能耗高。為降低驅(qū)動電解水反應(yīng)所需的電能，使用電催化劑是最有效的手段。鉑基催化劑是目前公認最有效的產(chǎn)氫催化劑，但是貴金屬鉑儲量小、價格昂貴，這限制了它的工業(yè)大規(guī)模使用。因此，開發(fā)廉價高效的產(chǎn)氫催化劑意義重大。

CN107442138A中公開了一種二硫化鉬/碳布復(fù)合析氫電催化材料的制備方法。其采用將裁剪成規(guī)則形狀的碳布進行清洗，烘干后置于磷鉬酸和硫脲的混合溶液中，超聲使得混合溶液完全浸濕碳布，接著將碳布與混合溶液轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，在180℃條件下水熱24h后自然冷卻至室溫，經(jīng)過洗滌、離心，干燥得到MoS₂/CC復(fù)合催化劑。其不足之處是催化氫析出的效率較低，同時也無法適應(yīng)工業(yè)水平的大電流密度電解水產(chǎn)氫。

CN105529474A中公開了一種石墨烯包裹的超分散納米碳化鉬電催化制氫催化劑及其制備方法。所述催化劑的制備方法包括：采用Mo₃(BTC)₂作為雜化前驅(qū)體，在氬氣保護下經(jīng)過500～1000℃碳化即可制得上述的一種石墨烯包裹的超分散納米碳化鉬電催化制氫催化劑，該碳化過程的升溫速率控制在1～80℃/min，碳化時間為0.5～24小時。其缺陷在于單一碳化鉬催化劑過電位較高，催化效率不高，同時仍存在無法適用于工業(yè)水平大電流密度電解水產(chǎn)氫的缺陷。

CN107746057A中公開了一種超細碳化鉬的制備方法。其制備方法包括：以MoS₂或鉬精礦、碳酸鈉、炭質(zhì)還原劑為主要原料，將上所述原料按一定比例混合混勻，壓塊成型，并將壓好樣品在惰性氣氛的保護下，在700～900℃保溫1～20h；將反應(yīng)得到的產(chǎn)物水浸處理，即可獲得超細碳化鉬。其缺陷在于不易控制鉬材料的部分碳化，電催化活性也較低。

CN106495158A中公開了一種超薄碳化鉬材料的制備方法及其產(chǎn)品。該方法包括：將催化劑置于鉬源上，放置于反應(yīng)爐管內(nèi)，然后通入氫氣與氬氣組成的保護氣；升溫至900～1100℃，恒溫0～30min，通入甲烷、乙烯或乙炔中的一種碳源反應(yīng)10-60min；降溫至25℃，制得超薄碳化鉬材料。該方法存在著需要加入催化劑和碳化溫度高的問題。

CN106040264A中公開了一種微米二硫化鉬析氫電催化材料、制備方法及其在析氫電催化中的應(yīng)用，通過將四水合七鉬酸銨溶解在溶劑中，配成0.025～0.05mol/L的溶液，加入硫脲，四水合七鉬酸銨與硫脲的摩爾比為1:30～1:40，攪拌使溶液混合均勻，然后進行水熱反應(yīng)，熱反應(yīng)溫度為200～220℃，水熱反應(yīng)時間為20～24h，反應(yīng)完成后自然降溫至室溫，經(jīng)離心、洗滌、干燥后得到微米級二硫化鉬析氫電催化材料。其也存在氫氣析出效率低、能耗大的問題。

雖然上述文獻對目前的電催化材料的開發(fā)提供了一些幫助，但依然存在著催化氫氣析出的效率較低，催化能耗高的問題，同時無法適用于工業(yè)水平的大電流密度電解水產(chǎn)氫。因此，如何開發(fā)一種具有電催化活性高、穩(wěn)定性好，并且適用于工業(yè)水平的大電流密度電解水產(chǎn)氫的析氫電催化劑，已成為目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容