[發明專利]一種扭曲單斜相的拓撲、超導材料應用于電化學析氫

在審

• 申請號: 201910034399.8
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109759094A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 羅惠霞;何緣;嚴冬;王舒;石磊
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B01J27/057
• 分類號: B01J27/057;B01J35/02;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/06
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本發明涉及一種扭曲單斜相的拓撲、超導材料MoTe₂應用于電化學產氫及其制備方法，屬電化學技術領域。其制備方法是固態合成法及化學剝離法，通過將化學計量比的Mo以及Te密封于真空石英管中，通過高溫固態合成，形成多晶材料，再通過化學氣相運輸合成單晶材料。通過溶劑的超聲剝離作用和萘酚的黏結作用，最終得到負載在碳紙上的薄片狀產氫材料催化劑。本方法制備的產氫材料十分穩定，無雜相生成，同時合成出來的產氫材料在?0.5V工作電壓下具有較高的產氫活性，且能長時間穩定催化產氫。在氫氣的室溫生產，氫氣收集，燃料電池等領域具有非常大的應用前景。

技術領域

本發明屬電化學技術領域，具體涉及一種化學成分(MoTe₂)的扭曲單斜相的拓撲、超導材料用于電化學產氫及其制備方法

背景技術

清潔能源(氫氣等)代替傳統能源(石油、煤炭等)可以在很大程度上改善環境污染和溫室效應問題。傳統能源在不完全燃燒時會排放一氧化碳和一氧化氮等有毒氣體，而完全燃燒則會大量排放二氧化碳。氫氣作為一種可持續的清潔能源，其完全燃燒后的產物水不會對環境造成任何污染。而且，氫氣完全燃燒放出的熱量是等質量汽油燃燒放出熱量的3倍多。除此之外，氫氣還具有質量輕、來源廣等優勢。目前，制備氫氣的三種常用方法包括甲烷重整、煤炭氣化和電解水。其中，甲烷重整和煤炭氣化的過程都會產生溫室氣體二氧化碳，不利于溫室效應的控制。只有電解水的全過程都是綠色環保的。而催化劑是電解水過程中的核心材料。貴金屬鉑和鈀等傳統的電解水催化劑由于成本問題而難以進一步發展。

近年來，人們致力于探索具有低過電位和高水分解效率的電催化劑，并發現MoS₂等層狀過渡金屬二硫族化合物(TMD)納米材料具有替代商業鉑基催化劑的潛能。此外，最近各種過渡金屬硫化物拓撲材料相繼被發現，如WTe₂(Phys.Rev.B 2016，94)、MoTe₂(Phys.Rev.Lett.2016，117，56805)、Mo_xW_1-xTe₂(Nature Commun.2016，7，10639)等。更有意思的是，2018年，德國馬普所的Claudia Felser教授組首次提出將過渡金屬二硫族化合物拓撲材料(2H-MoTe₂，1T-TaS₂及1T'-MoTe₂)應用于光催化產氫(Adv.Mater.2017，29，1606202)，并獲得較高的產量。次年，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心陳星秋教授通過狄拉克節線半金屬TiSi家族的電催化析氫計算，為拓撲材料的電催化析氫提供了理論基礎，并在此基礎上提出拓撲量子催化。MoTe₂中的扭曲單斜相是一種超導材料，它以II型狄拉克費米子的形式，承載超導電性和拓撲態。這可能意味著MoTe₂是“拓撲超導體”。世界各地的研究人員正在試圖創建拓撲超導體，因為它們被預期具有在常規超導體中未被發現的獨特性能。它們可以沿其表面導熱，這可能用于構建熱電裝置。拓撲超導體還可以派生出稱之為任意子的準粒子。MoTe₂中的扭曲單斜相具有很強的金屬性，與相對應的2H或3R相相比具有更高的電導率。而催化過程中優異的導電性是影響催化性能的重要因素。因此，我們提出使用此同時既有超導電性又有拓撲性質的MoTe₂材料用于電化學析氫。此外，MoTe₂與傳統貴金屬催化劑相比，具有以下優勢：(1)大大降低了成本；(2)避免了電解液對催化劑的毒化作用，從而大大提高了氫氣的產率及催化劑穩定性。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺陷，本發明旨在提供一種拓撲、超導體材料用于電化學產氫及其制備方法，所述方法簡單，制備成本低，產氫效率高，穩定性優越。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種拓撲、超導產氫材料具有以下的組成及厚度：

MoTe₂