[發明專利]一種過渡金屬二硫屬化合物/碳復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910255035.2
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN110327941A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 董安鋼;郭冠南;楊東;韓文茜
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B01J27/051
• 分類號: B01J27/051;B01J35/02;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明屬于無機材料技術領域，具體涉及一種過渡金屬二硫屬化合物/碳復合材料的制備方法。本發明首先往具有球形孔結構的介孔碳骨架內充入前驅體，再經高溫熱還原后得到過渡金屬二硫屬化合物/碳復合材料。本發明首次通過溶液法獲得了過渡金屬二硫屬化合物納米片外延生長于彎曲的介孔碳壁上的新結構，并可以通過調節前驅體的充入量來控制最終得到的過渡金屬二硫屬化合物納米片的層厚。本發明所得過渡金屬二硫屬化合物/碳復合材料具有優秀的傳質傳荷能力、高比表面積，在儲能、電催化等領域具有廣寬的應用前景。

技術領域

本發明屬于無機材料技術領域，具體涉及一種過渡金屬二硫屬化合物/碳復合材料的制備方法。

背景技術

通過理論計算和實驗驗證，研究者們發現過渡金屬二硫屬化合物在作為電催化產氫（HER）催化劑時的活性很高，此外，其在地球上儲量較為豐富、價格低廉，使得其在電化學能量轉換和儲存領域也越來越受到關注。然而，過渡金屬二硫屬化合物的催化活性相對貴金屬催化劑來說還是有不少差距，這一方面是由于其氫吸附自由能較高，導致催化動力學速率太慢，另一方面，過渡金屬二硫屬化合物自身的導電性太差，影響了電催化過程中的電荷轉移速率。此外，由于過渡金屬二硫屬化合物層狀結構間的范德華力使得塊體過渡金屬二硫屬化合物材料發生層層堆疊，導致材料傳質受到限制同時還阻礙了活性位點的暴露。因此，提升MoS₂的催化性能仍有許多工作需要開展。

由于過渡金屬二硫屬化合物的催化性能受到傳荷、傳質、活性位點暴露數以及自身氫吸附自由能高低等諸多因素的影響，為了提升其性能需要從多角度同時入手。然而用于制備過渡金屬二硫屬化合物基催化劑的傳統方法往往僅僅能關注到其中一兩個缺陷進行優化，使得所獲得的過渡金屬二硫屬化合物基催化劑性能提升有限。

介孔碳由于其具有巨大的比表面積及孔體積以及優良的導電性，使得其非常適用于作為電池活性材料以及催化劑活性材料的載體，在儲能和催化等領域有著廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種過渡金屬二硫屬化合物/碳復合材料的制備方法，并且拓寬其應用范圍，提供一種用于電催化產氫催化劑和鋰離子電池負極活性材料的新型功能材料。

本發明提供的過渡金屬二硫屬化合物/碳復合材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）將過渡金屬二硫屬化合物前驅體溶解于溶劑中，制備過渡金屬二硫屬化合物前驅體溶液；

（2）將具有球形孔結構的介孔碳材料加入步驟（1）所得的過渡金屬二硫屬化合物前驅體溶液中，超聲得到分散液；

（3）將步驟（2）所得的分散液烘干，并加入硫化劑；

（4）將步驟（3）所得的產物在還原氣氛下高溫煅燒，即得過渡金屬二硫屬化合物碳復合材料；

其中，步驟（1）所述的過渡金屬二硫屬化合物前驅體為四硫代鉬酸銨、磷鉬酸、四硫代鎢酸銨或磷鎢酸中的一種或幾種；

步驟（2）所述的具有球形孔結構的介孔碳材料包括介孔碳塊體、介孔碳薄膜或介孔碳球中的一種或幾種，介孔尺寸為2-20 nm。

本發明中，步驟（1）所述的溶劑為去離子水、乙醇、異丙醇、甲醇或DMF（N, N-二甲基甲酰胺）中的一種或幾種。

本發明中，步驟（1）中所述過渡金屬二硫屬化合物前驅體與步驟（2）中所述介孔碳材料的質量比為1:10 ~ 5:1，步驟（2）中所述介孔碳材料與步驟（1）中所述溶劑的質量體積比為1 g : 100 mL。本發明中，步驟（3）中烘干的溫度在60-100℃。

本發明中，步驟（3）所述硫化劑為硫脲。

本發明中，步驟（4）中所述高溫煅燒溫度為300℃-900 ℃，煅燒時間為1-10小時。