[發明專利]過渡金屬硫屬化物同質結及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910195662.1
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109908922A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 楊雷;袁雪芹;汪玉娟;黃子群;鐘煜
• 申請（專利權）人: 皖西學院
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J37/08;B01J37/10;C25B1/04;C25B11/06;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京科家知識產權代理事務所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

本發明公開了一種過渡金屬硫屬化物同質結及其制備方法和應用，所述過渡金屬硫屬化物同質結具有由MoS₂表示的化學組成。本發明還提供了上述過渡金屬硫屬化物同質結制備方法，首先，以Mo粉和S粉為前驅體，通過簡單的固相反應法，在密閉的石英管中合成MoS₂薄片。然后以MoO₃和KSCN作為反應的前驅體通過簡單的水熱法在MoS₂薄片上合成MoS₂納米片形成MoS₂同質結。MoS₂同質結作為電催化分解水的催化劑時，表現出優異的電催化產氫性能。相比于純單層MoS₂，其催化性能有很大的提升，接近于貴金屬Pt。

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及過渡金屬硫屬化物同質結及其制備方法和應用。

背景技術

化石燃料的不可再生以及其燃燒所造成的環境污染，使得開發清潔新能源成為當今學術界的研究熱點。由于氫氣燃燒所釋放的熱量高，且其燃燒的產物是無污染的水，因此，氫氣作為一種理想的清潔替代能源而日益受到人們的關注。低成本、大規模地產氫是替代傳統能源、解決當前能源危機的重要途徑之一。

然而當前產生氫氣的方式因面臨著許多問題而使氫氣能源的發展應用受限。如在產氫的一系列過程中，會有大量的溫室氣體二氧化碳的產生而造成環境污染等問題。電催化分解水是一種清潔的、可持續發展的產氫技術，將是未來解決能源問題和環境問題的重要途徑之一。

在電解水的過程中，需要外加電能和能夠有效破壞水分子化學鍵的催化劑。通常在產生氫氣的同時，人們總是希望用于電化學反應的能量盡可能的少，且用于分解水的催化劑具備比表面積大、經久耐用和催化活性極高等特點。構成催化劑的原子和水中氫的結合能決定了其促進電解水反應的能力：結合能太弱，會使催化劑的表面與氫的接觸時間太短，從而不利于斷鍵的進行；結合能太強，會使催化劑中毒，從而不利于催化反應的進一步進行。

先前的研究結果表明，Pt作為電催化分解水的催化劑表現出非常高的催化效率，但是Pt是一種貴金屬，其在地球上的儲量稀少，因此其價格非常昂貴，進而使其大規模應用受到限制。因此，研究和開發價格低廉的、新型非貴金屬催化劑，如基于金屬Ni的合金、過渡金屬硫化物、過渡金屬碳化物、過渡金屬氮化物、過渡金屬硼化物以及一些新型的非金屬催化劑迫在眉睫。近幾年，過渡金屬硫屬化物，如MoS₂，也正作為一種新型的非貴金屬催化劑而被科研工作者廣泛研究。當前，提高以MoS₂為代表的過渡金屬硫屬化物的電催化產氫效率的途徑之一是提高其催化活性位點密度。通過控制合成手段形成高比表面積的納米結構可以提高過渡金屬硫屬化物的催化活性位點密度。但納米結構的過渡金屬硫屬化物很容易團聚在一起，很容易將活性位點包覆住。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了過渡金屬硫屬化物同質結及其制備方法和應用，當其作為電催化分解水的催化劑時，表現出優異的電催化產氫性能。

本發明提出的過渡金屬硫屬化物同質結，具有由MoS₂表示的化學組成。

本發明提出的過渡金屬硫屬化物同質結的制備方法步驟如下：

S1：將高純S粉和Mo粉按照一定的比例混合，然后將該混合粉末放入到預先洗干凈的、干燥的石英管中并密封；

S2：將密封好的石英管在馬弗爐中加熱煅燒，然后冷卻至室溫；打開冷卻后的石英管，獲得MoS₂薄片；

S3：將上述MoS₂薄片放入去離子水中，然后加入MoO₃和KSCN；

S4：攪拌混勻后，將上述混合液轉移到聚四氟乙烯內襯的反應釜中；