[發明專利]用于電催化全解水的金屬摻雜二硫化錸納米片陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201910637535.2
• 申請日: 2019-07-15
• 公開（公告）號: CN110508292A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 何芳;孫巧稚;趙乃勤;師春生;何春年;劉恩佐;馬麗穎;沙軍威
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;B01J27/04;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 程毓英<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種用于電催化全解水的金屬摻雜二硫化錸納米片陣列的制備方法，包括下列步驟：將六水合硝酸鹽、高錸酸銨、鹽酸羥胺和硫脲，溶入去離子水，形成混合溶液；將上述混合溶液轉移到高壓釜中，將一片酸處理過的碳布浸入混合溶液中，置于200?230℃的烘箱中，保溫一段時間。將高壓釜自然冷卻至室溫，取出載滿樣品的碳布，清洗干凈后干燥處理，得到產物金屬摻雜二硫化錸納米片陣列M?ReS₂/CC。所述的方法制備的M?ReS₂/CC應用于HER電催化劑。

技術領域

本發明屬于電催化技術領域，具體涉及一種金屬摻雜改性二硫化錸納米片陣列的制備方法。

背景技術

氫是理想的清潔能源載體，電催化分解水是一種低成本且清潔的獲取氫能源的方式。電催化分解水包括陰極析氫反應(HER)和陽極析氧反應(OER)兩個半反應，然而析氫和析氧反應的過電位較高，因此必須要有高效、穩定的電催化劑才能實現。目前用于電催化劑仍存在價格昂貴、功能單一、催化活性低、穩定性差等缺點，嚴重制約了電解水法制氫技術的發展，故急需開發低成本、雙功能、高活性、高穩定性的材料來解決這一問題。

二維層狀過渡金屬二硫化物(TMDs)納米材料的發現，具有成本低廉、邊緣位點催化活性高的特點，高度不對稱的1T’相TMDs材料—ReS₂已被研究者證明具有優于1T相和2H相導電性和穩定性的特點。ReS₂獨特的弱耦合作用不僅能夠促進電解質離子在層間的擴散，而且能夠暴露出更多的邊緣位置和基準面，作為活性中心來達到最佳的電催化性能。現階段對ReS₂電催化劑的研究集中于HER反應，沒有研究OER反應相關的工作，這是因為過渡金屬二硫化物對OER反應的中間產物吸附能力太低。通過查閱文獻發現，Ni、Fe基OER催化劑是現階段有望替代貴金屬催化劑的潛在候選者之一，摻雜過渡金屬元素所引起固有缺陷可以促進中間產物在催化劑表面的吸附。因此我們提出利用過渡金屬元素摻雜的方法引入缺陷，調控ReS₂的電子結構以及中間產物在催化劑表面的吸附作用，使其在堿性條件下具有良好的電催化OER性能，制備出性能優異的電催化雙功能全解水催化劑。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于電催化全解水的金屬摻雜二硫化錸納米片陣列的制備方法，在碳布表面直接生長出金屬摻雜二硫化錸的納米片陣列，并將其用于電催化全解水反應。該材料為金屬(M＝Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Zn)摻雜ReS₂納米片陣列生長在碳布上，制備過程簡單，作為雙功能全解水電催化劑，具有良好的電化學性能。本發明采用的方法具有良好的普適性，適用于大多數過渡金屬，制備工藝簡單，耗時短，并可提高二硫化錸的電催化性能。本發明的技術方案如下：

一種用于電催化全解水的金屬摻雜二硫化錸納米片陣列的制備方法，包括下列步驟：

(1).將六水合硝酸鹽、高錸酸銨、鹽酸羥胺和硫脲，按照摩爾比為(1～5):10:30:45的配比溶入去離子水，形成混合溶液。

(2).將上述混合溶液轉移到高壓釜中，將一片酸處理過的碳布浸入混合溶液中，置于200-230℃的烘箱中，保溫一段時間。

(3).將高壓釜自然冷卻至室溫，取出載滿樣品的碳布，清洗干凈后干燥處理，得到產物金屬摻雜二硫化錸納米片陣列M-ReS₂/CC。

所述的六水合硝酸鹽為六水合硝酸鎳、六水合硝酸鈷、六水合硝酸鐵、六水合硝酸錳、六水合硝酸銅或硝酸鋅中的一種或混合物。

所述的方法制備的M-ReS₂/CC可應用于HER電催化劑。

與現有的技術相比，本發明的優點在于：

(1).本發明利用一步水熱的方法在碳布表面直接生長出金屬元素摻雜二硫化錸納米片陣列。該方法具有良好的普適性，適用于大多數過渡金屬，制備工藝簡單，耗時短。