[發明專利]一種富空位的二硒化錸基多級疏水膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202010216747.6
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111389420B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 賴飛立;劉天西;楚凱斌
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: B01J27/057
• 分類號: B01J27/057;B01J35/06;B01J37/08;B01J37/10;C25B11/091;C25B1/27
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 彭素琴

本發明公開了一種富空位的二硒化錸基多級疏水膜及其制備方法，屬于新型能源轉換材料技術領域。本發明利用細菌纖維素基碳納米纖維為疏水層，對富空位的二硒化錸@碳納米纖維復合材料進行包裹，從而得到富空位的二硒化錸基多級疏水膜，這種采用疏水性碳納米纖維層對富空位的二硒化錸@碳納米纖維復合材料進行包覆的方法，能夠極大地抑制了電催化析氫反應。同時，在二硒化錸結構中引入硒空位有助于促進催化過程的電子得失過程，進一步提升該部分材料的氮氣還原性能。本發明的富空位的二硒化錸基多級疏水膜的制備過程簡易、原料價格適中、催化效果優異，具有良好的商業化前景。

技術領域

本發明涉及一種富空位的二硒化錸基多級疏水膜及其制備方法，屬于新型能源轉換材料技術領域。

背景技術

長久以來，合成氨工業在我國乃至世界都起著舉足輕重的作用，被認為是諸多化學工業產品基礎，例如，氨可用于制造氨水、氮肥(尿素、碳銨等)、復合肥料、硝酸、銨鹽等。工業合成氨的方法是將一定比例的氮氣和氫氣在高溫、高壓和鐵催化劑作用下，轉換成氨氣的過程。然而，嚴苛的合成條件導致了大量能源的消耗和過多二氧化碳溫室氣體的排放，對全球的能源利用和環境保護帶來了嚴峻的挑戰。為克服這一延續百年的能源、環境難題，人們逐漸將目光鎖定在低能耗、低污染度的新型合成氨工藝上。

電催化氮氣還原制氨就是其中最具代表性的一種方法，其借助合適的催化劑在外界電場的作用下實現由氮氣到氨的化學過程，實現了高的能源轉換效率。目前，常見的氮氣還原催化劑有過渡金屬、氧化物及其硫化物等，例如二維過渡金屬硫化物。為了增強催化劑與氮氣分子之間的相互作用，進而提升氮氣分子在催化劑表面的質子化效應，二維過渡金屬硫化物的缺陷化和低維碳材料復合化是兩條行之有效的途徑。其中，二維過渡金屬硫化物的缺陷化不僅有利于在催化劑表面創造更多的活性位點，而且能大幅提升電子在二維過渡金屬硫化物層間的傳遞；二維過渡金屬硫化物與低維碳材料的復合化在提升催化劑整體導電性的同時，還能解決二維過渡金屬硫化物合成過程中易團聚的缺陷，大大提升催化劑的比表面積。

但需要注意的是，在發生電催化氮氣還原反應的同時，電催化析氫反應也在不停地進行著，這也成為抑制氮氣產量和氮氣還原反應法拉第效率的罪魁禍首。針對此問題，對電催化劑表面進行疏水化處理成為一條解決上述難題的有效途徑。其中，疏水化處理的方法有相分離法、模板印刷法、靜電紡絲法、溶膠-凝膠法、模板擠壓法等。然而，上述方法很難對二維過渡金屬硫化物表面進行直接改性，這也成為制備二維過渡金屬硫化物基疏水膜的難點之一。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種富空位的二硒化錸基多級疏水膜及其制備方法，利用細菌纖維素基碳納米纖維為疏水層，對富空位的二硒化錸@碳納米纖維復合材料進行包裹，從而得到富空位的二硒化錸基多級疏水膜，這種采用疏水性碳納米纖維層對富空位的二硒化錸@碳納米纖維復合材料進行包覆的方法，能夠極大地抑制了電催化析氫反應。

本發明的第一個目的是提供一種富空位的二硒化錸基多級疏水膜，所述疏水膜由三層結構組成，三層結構依次為：碳納米纖維、富空位的二硒化錸@碳納米纖維復合材料、碳納米纖維。

本發明的第二個目的提供上述富空位的二硒化錸基多級疏水膜的制備方法，所述制備方法的具體步驟如下：

(1)將碳納米纖維、錸鹽和鹽酸羥胺加入到溶劑中并分散，得到碳納米纖維、錸鹽和鹽酸羥胺的混合溶液；

(2)將硒粉攪拌溶解在水合肼中，得到硒粉/水合肼溶液；

(3)將步驟(2)得到硒粉/水合肼溶液滴加到步驟(1)得到的混合溶液中，攪拌后進行水熱反應，得到二硒化錸/碳納米纖維復合材料；

(4)將步驟(3)得到的二硒化錸/碳納米纖維復合電催化材料進行惰性氛圍下的熱處理從而引入空位，得到富空位的二硒化錸@碳納米纖維復合材料；

(5)將碳納米纖維打散，并均勻分散在水中，得到碳納米纖維/水溶液；