[發明專利]核殼結構ZnS@C@MoS2

有效

• 申請號: 201910507485.6
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110052278B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 劉山虎;李勝男;許銀霞;邢瑞敏;馮彩霞;毛立群
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;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

本發明公開了核殼結構ZnS@C@MoS₂催化劑的制備方法及其應用，本發明通過水熱法合成粒徑均一的ZnS納米球，然后采用自組裝法在ZnS納米球表面組裝一層PDA薄膜，再經過高溫碳化，強酸刻蝕處理，最后通過一步水熱法在刻蝕的ZnS@C的表面原位生長超薄的MoS₂納米片，實驗結果表明碳殼可以極大地提高ZnS@C@MoS₂的導電性，有效地防止MoS₂納米片的聚集，二維超薄的MoS₂納米片的結構有利于最大限度暴露活性位點，縮短電荷的傳輸路徑，使ZnS@C@MoS₂表現出優異的電化學性能，且ZnS@C@MoS₂在堿性電解液中測試12h時，保持率高達84％，說明ZnS@C@MoS₂具有優異的穩定性。

技術領域

本發明涉及一種催化劑的制備方法，具體涉及核殼結構ZnS@C@MoS₂催化劑的制備方法及其應用。

背景技術

由于化石燃料的燃燒，全球能源危機和環境污染是人類面臨的兩個主要問題。氫氣作為一種具有高熱值、零溫室氣體排放的高效、綠色、可再生能源，已成為被普遍接受的能源替代品。電化學分解水制氫是一種新型高效的能源轉換方式，可以把不穩定、不易儲存的電能以氫氣的形式存儲下來，但在電解水的過程中，較高的析氫電位會造成不必要的能源損耗，因此需要高效、穩定的析氫電催化劑來降低其過電位。就目前而言，鉑基以及基于鉑的復合材料被認為是高效的析氫催化劑，但由于鉑在地殼中的含量極低，以及其昂貴的價格限制其在工業中的大規模的應用，因此開發可用于大規模生產并且具有高效、穩定的非貴金屬析氫催化劑便成為當前發展電解水析氫技術的關鍵。

過渡金屬硫化物在電催化析氫(HER)領域已經越來越受到關注，其中MoS₂是一種最具有代表的過渡金屬硫化物。對于MoS₂的析氫性能(HER)研究要追溯到1970年，研究工作者發現塊狀的MoS₂并不具有HER活性，直到2005年，Hinnemann等通過密度泛函數(DFT)理論對MoS₂邊緣鉬原子吸附氫離子過程的吉布斯自由能變△G_H進行了計算，分析了這種層狀材料的氫鍵自由能，發現MoS₂的基面是不具有催化活性的，而硫化的Mo 的邊緣與氫原子的結合能接近于Pt，具有較好的HER性能；Jaramillo等人在超真空條件下利用氣相沉積法使Mo在H₂S氣氛中沉積在Au(惰性HER催化活性)基底上，獲得層狀的MoS₂片，具有豐富的Mo-S邊緣部位，進一步證實MoS₂催化活性位點為硫化的Mo 的邊緣部分。MoS₂是半導體材料，由于其較差的導電性以及納米片容易發生重堆積的特殊現象，從而使它的電化學性能大打折扣，限制了其在水分解領域的應用；另外受材料的單一性的制約，已經很難達到人們對高活性催化劑的需求。因此，如何通過材料設計來提升材料的導電性和活性位點數，從而有效改善催化劑的性能是當前研究的熱點。

發明內容

為解決上述問題，本發明通過水熱法合成粒徑均一的ZnS納米球，然后采用自組裝法在ZnS納米球表面組裝一層PDA薄膜，再經過高溫碳化，強酸刻蝕處理，最后通過一步水熱法在刻蝕的ZnS@C的表面原位生長超薄的MoS₂納米片，ZnS@C@MoS₂表現出優異的電化學性能，而且ZnS@C@MoS₂具有優異的電催化析氫性能。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：核殼結構ZnS@C@MoS₂催化劑，所述催化劑包括核體和包裹在核體表面的殼體，所述核體為ZnS納米球，所述殼體由內向外依次為C層和MoS₂納米片層。

ZnS納米球外包裹一層C層得到ZnS@C核殼結構。ZnS@C核殼結構用稀HCl溶液刻蝕后，使用水熱法合成核殼結構ZnS@C@MoS₂催化劑