[發明專利]三元層狀碳化物Mo2

在審

• 申請號: 202010060540.4
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111229272A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 任杰;宗暉;郁可;朱自強
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: B01J27/22
• 分類號: B01J27/22;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 上海德禾翰通律師事務所 31319
• 代理人: 陳艷娟

本發明公開了一種三元層狀碳化物Mo₂Ga₂C復合花狀MoS₂納米顆粒復合材料及制備方法和應用。所述復合材料以花狀MoS₂納米顆粒作為復合物，三元層狀碳化物Mo₂Ga₂C作為搭載基底材料；所述三元層狀碳化物Mo₂Ga₂C的長約為5μm，寬約為3μm，為一種六方晶相的層狀物骨架材料，其中兩個Ga層以簡單的六角形排列堆疊在Mo₂C層之間。密堆積的Mo原子與雙層Ga交錯，形成Mo?Mo?Ga?Ga?Mo?Mo分層，其中兩個Ga層正好位于彼此的頂部(不是緊密堆積)。碳原子占據Mo原子之間的八面體位點。所述花狀MoS₂納米顆粒均勻分布在層狀Mo₂Ga₂C的表面，形成穩定的搭載結構。本發明還公開了所述復合材料的制備方法，所述制備方法成本低，制備條件簡單，重復性高。本發明還提供了所述納米材料作為水裂解催化電極方面的應用，所述電極材料具有導電性高，循環穩定性強等優點。

技術領域

本發明涉及半導體材料、三元層狀碳化物與電催化析氫技術領域，具體涉及三元層狀碳化物Mo₂Ga₂C復合花狀MoS₂納米顆粒(Mo₂Ga₂C@MoS₂)復合材料、制備方法以及該復合材料在電催化析氫陰極材料方面的應用。

背景技術

能源是當今社會賴以生存的重要基礎，也是推動經濟和社會發展的動力。隨著化石能源消耗的不斷增加，環境污染問題日益嚴重，所以尋求清潔可持續能源已經迫在眉睫。氫氣是一種清潔能源，可通過電解水制備氫氣。其具有成本低、對環境友好、效率高等優點，備受人們青睞。

MoS₂是一種典型的層狀過渡金屬硫化物，其結構是由兩層硫原子與一層鉬原子組成的類似三明治型結構堆疊而成的二維層狀結構，層與層之間存在范德華力，形成類似于石墨烯的多層結構。其穩定性好、比表面積大，在超級電容、光電探測器、鋰電池和電催化領域表現出良好的應用潛力。由于MoS₂擁有“類石墨烯”的層狀結構，其可以很好的對氫離子進行吸附。但是由于MoS₂與氫離子吸附是點接觸，且純的MoS₂導電性較差，這大大地限制了MoS₂納米材料在電催化析氫方面的應用。因此提高其電催化的導電性和穩定性是當前MoS₂納米材料在電析氫領域主要研究方向。

三元M_n+1AX_n或MAX相(其中M是過渡金屬，A是一個A族元素，主要是13和14，X是C和/或N，并且n＝1～3)，是一個超過70種的納米層狀且可加工的固態化合物群。大約有50個M₂AX相，五個M₃AX₂相和越來越多的M₄AX₃相如Ti₃AlN₄。在幾乎所有情況下，M_n+1AX_n晶格均為六邊形P6₃/mmc空間群。在這些化合物中，密堆積的M原子與純A元素單層交錯；X原子占據M原子之間的八面體位點。由于其獨特的納米層狀的晶體結構，這類材料具有自潤滑、高韌性、可導電等性能，廣泛的應用于制備高溫結構材料，電極電刷材料，化學防腐材料和高溫發熱材料。最近這類固體材料因其獨特的特性組合而受到廣泛關注。

三元層狀碳化物材料是一種廉價、無毒、易于制備的納米材料。1967年有科學家首次將鉬粉、碳粉和液態金屬鎵充分混合，在真空管式爐中850℃下反應四周時間，合成了Mo₂GaC，在Mo₂C層之間有單層金屬鎵，并測試了其在7K下的超導特性。本發明合成了一個新的三元層狀正六邊形碳化物Mo₂Ga₂C，其中兩個Ga層(而不是一個)以簡單的六角排列堆疊在Mo₂C層之間。