[發明專利]鈷鉬硫/石墨烯復合材料的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201811336005.6
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109449439B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 楊春成;陳麗新;張瑩;文子;趙明;蔣青
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62
• 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

本發明涉及一種鈷鉬硫/石墨烯復合材料的制備方法及其應用。該復合材料是按照以下步驟進行制備：a、根據改進的Hummers方法制備氧化石墨；b、通過化學沉淀法合成鈷鉬硫(CoMoS)前驅體；c、將GO置于CoMoS前驅體溶液中，在油浴條件下用水合肼(N₂H₄·H₂O)還原，然后在N₂氣氛下退火處理；d、所得產物用鹽酸浸泡，再用去離子水和乙醇清洗，制得CoMoS/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，起始電勢僅為28mV，并且當電流密度達到10mA cm^?2時，電勢僅為100mV。在相同的電流密度下，與同條件制得的CoMoS和大塊MoS₂相比，CoMoS/RGO復合材料具有明顯的優勢。本發明還可以拓展到其它催化劑體系的設計，為進一步發展高效、低成本的催化劑提供了新的思路。

技術領域：

本發明涉及鈷鉬硫/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：

能源危機和環境污染迫使人們尋找一種可再生的清潔能源來減少化石燃料的消耗。氫氣由于其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。電化學分解水是一種經濟有效的制氫方法。因此，相應的器件需要高效穩定的催化劑來促進析氫反應(HER)。鉑(Pt)是目前最有效的HER催化劑，但資源稀少以及成本較高嚴重地限制了其應用。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。

二硫化鉬由于其獨特的結構特性以及適當的吸氫自由能，被看作是一種高效的、有潛力替代Pt的HER催化劑，受到了人們廣泛的關注。但是，二硫化鉬的催化性能仍然不能與Pt相媲美，主要是因為：(1)二硫化鉬的活性位置少，且集中在邊緣，表面是惰性的；(2)二硫化鉬本身的導電性比較差。為提高二硫化鉬的催化性能，國內外科研人員進行了大量的研究，取得了一定的成果。根據文獻報道，通過調控尺寸以及形貌、貴金屬摻雜、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，但是較高的成本以及復雜的制備工藝制約著催化劑的發展。將二硫化鉬與鈷合金化可以活化二硫化鉬的表面，使其具有更多的活性位置，同時也會引入雜質能級，從而增加催化劑的導電性。此外，石墨烯具有較大的比表面積和良好的導電性，將鈷鉬硫與石墨烯進行復合，在改善催化劑導電性的同時，還能抑制鈷鉬硫納米粒子團聚，增加其活性位置，從而有效地提高催化劑的催化性能。

發明內容：

本發明的目的是提供一種結合化學沉淀法和熱處理的鈷鉬硫/石墨烯復合材料的制備方法及其應用。在該復合材料中，鈷的引入能活化二硫化鉬惰性的表面，使其活性位置增加，提高其催化性能，同時也會引入雜質能級，改善催化劑的導電性；石墨烯具有較大的比表面積和良好的導電性，可有效減小電化學反應過程中的電荷轉移電阻，并且能夠抑制鈷鉬硫納米粒子團聚，增加其活性位置，有利于提高催化性能。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體系的設計，為進一步發展高效、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：

一種鈷鉬硫/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；