[發明專利]TiO2@WS2納米復合材料的制備方法及其電解水析氫的應用

在審

• 申請號: 201910192956.9
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109926069A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 劉山虎;許銀霞;楊浩
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: B01J27/047
• 分類號: B01J27/047;B01J35/10;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 鄭州豫乾知識產權代理事務所(普通合伙) 41161
• 代理人: 李保平

一種TiO?@WS?納米復合材料，制備過程需先合成出TiO?納米帶，再用稀硫酸溶液進行刻蝕，使光滑的TiO?納米帶表面粗糙，有助于WS?納米片在其上附著均勻生長；本發明的TiO?@WS?納米復合材料經X射線粉末衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)表征，結果表明所制備材料以TiO?納米帶為基底表面原位合成WS?納米片，WS?納米片更趨向于沿著TiO?納米帶軸包覆生長，賦予其大量暴露的活性邊緣點，WS?獨特的片狀結構可以增強表面積并產生更多活性位點以更好地電解質滲透，在電解水析氫具有潛在的應用。

技術領域

本發明涉及一種納米復合物的制備方法，具體涉及TiO₂@WS₂納米復合材料的制備方法及其電解水析氫的應用。

背景技術

隨著石油、煤炭等傳統化石能源的逐漸枯竭和環境污染問題的日益惡化，人們努力探索和發展可持續、清潔能源作為替代化石燃料。氫氣以其遠高于傳統化石能源的能量密度、優異的燃燒性能、燃燒后不產生溫室氣體等優點而成為傳統化石能源的最佳可替代的綠色能源。當前工業制氫主要方法為：石化催化裂化，天然氣蒸汽重整制氫，這些制氫方法會產生廢氣，如一氧化碳、二氧化碳等，從環境、能量綜合利用的角度來考慮并不符合“綠色可持續發展”的發展需求。而電催化分解水制備氫氣則不會產生該類廢氣，利用半電池反應，即電催化析氫反應（HER），可以高效生產高純度氫氣，電催化制氫催化劑為研究人員的研究熱點。通常鉑（Pt）族元素具有低過電位被認為是最有效的電催化劑，但鉑高昂的價格和低存儲量嚴重制約了該類催化劑在電解水制氫中的廣泛應用。因此，研究和開發高性能且價格低廉的電催化析氫電極材料是發展制氫工藝的核心問題。

在各種材料和技術中，二氧化鈦為半導體材料，雖然導電性不高，但低成本、來源豐富、綠色無污染、化學穩定性高并具有獨特的催化性能，長期以來被研究作為光催化劑、光電催化劑等；然而TiO₂的主要的挑戰是其較寬的電子帶隙（?3.2eV）及其高電阻率，導致較強的內部電阻，因此限制了在電催化電解水析氫方面的應用。目前研究者通過多種技術克服這些問題，包括純TiO₂通過引入氧空位（Ti3+）位點，摻雜雜原子或結合碳材料來有效地改善導電性。過渡金屬硫化物二硫化鎢，由于層狀的二硫化鎢呈現出類石墨結構，表現出了與塊狀多層結構截然不同的優越性能，二硫化鎢的活性點主要集中在納米結構的邊緣位置，因此如何構筑盡可能多的邊緣至關重要。

發明內容

為解決上述問題，本發明采用一步水熱法的合成TiO₂@WS₂納米復合材料，該TiO₂@WS₂納米復合材料不僅暴露WS₂大量的活性邊緣點，而且TiO₂與WS₂納米片的協同作用，使該TiO₂@WS₂納米復合材料具有高穩定性，而且TiO₂@WS₂納米復合材料具有優異的電催化析氫性能，為設計和制造低成本高性能的HER催化劑開辟了一條新的途徑，同時該TiO₂@WS₂納米復合材料合成方法簡單，綠色價格低廉。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：TiO₂@WS₂納米復合材料在制備過程無需任何表面活性劑，WS₂納米片沿著二氧化鈦納米帶軸包覆生長，均勻的分布在TiO₂納米帶上，且TiO₂@WS₂納米復合材料分散均勻，沒有出現團聚現象。

上述TiO₂@WS₂納米復合材料的制備方法，包括下列步驟：

步驟1 稱取0.1g分析純TiO₂至50mL燒杯中，加入20mL 10mol/L NaOH，超聲分散5min，在磁力攪拌下攪拌30min得到混合溶液A。