[發明專利]一種元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片及其制備和應用

有效

• 申請號: 202011518682.7
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112756002B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 徐嘉麒;李瑞祥;陳華
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;B01J27/045;B01J35/00;B01J35/02;C01B3/04;C07C1/02;C07C9/04
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 申星宇

本發明公開了一種元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片及其制備和應用，所述過渡金屬硫化物超薄片由鹽、摻雜元素、過渡金屬源以及硫粉反應制成。其制備方法包括以下步驟：S1、將鹽、摻雜元素和過渡金屬源分散在溶劑中，加熱進行反應，干燥后得到前驅體薄片；S2、使用硫粉作為硫源，將前驅體薄片在惰性氛圍中以150～400℃煅燒，得到元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片。所述元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片作為催化劑應用于催化二氧化碳還原的反應中。本發明中的元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片能同時實現紅外光催化、全光譜光催化和熱催化二氧化碳還原，其可以實現高效的還原CO₂制備碳基燃料，進而同時實現CO₂的減排和資源化利用。

技術領域

本發明涉及二氧化碳還原領域，尤其涉及一種元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片及其制備和應用。

背景技術

隨著社會的發展，人類對能源的需求不斷增加。據國際能源局的統計，2013年全球的能源需求已經達到了18兆瓦，其中約80％來源于煤、石油傳統化石能源。化石燃料的儲量不僅有限，它的大量使用還會引起氣候變化、環境污染一系列問題。以二氧化碳(CO₂)的排放為例，由于化石燃料的大量使用，大氣中CO₂的濃度從工業化前的280ppm上升到約400ppm。按照這個速度，大氣中CO₂的濃度將在22世紀達到500ppm，而這會使全球的平均溫度上升1.98℃。因此，為了緩解當下的能源、環境問題，我們亟需開發清潔、可再生的能源來替代傳統化石能源。利用太陽能、熱能將CO₂轉化為碳基燃料，不僅具有綠色、可持續的優點，還能緩解溫室效應，因而極具研究前景。但是CO₂分子極其穩定，還原CO₂需要克服巨大的能壘，因而想要實現高效的還原CO₂十分困難。因此，設計和制備新型CO₂還原催化劑，將有利于實現高效的還原CO₂制備碳基燃料，進而同時實現CO₂的減排和資源化利用，促進自然界的碳循環，形成綠色、可持續的“二氧化碳經濟”，進而最終解決社會發展所面臨的能源和環境問題。

發明內容

本發明目的是針對上述問題，研究一種可以實現高效還原CO₂的元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片及其制備和應用。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片，所述過渡金屬硫化物超薄片由鹽、摻雜元素、過渡金屬源以及硫粉反應制成。

進一步的，所述過渡金屬硫化物超薄片的厚度小于10nm。

進一步的，所述鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、氯化鈉、氯化鉀中的一種；所述摻雜元素為鎳、鐵、鈷、鈦、釕、鉑中的一種；所述過渡金屬源為醋酸鈷、醋酸鎳、硝酸鈷、氯化鈷、四氯化鈦、三氯化釕、氯鉑酸中的一種。

進一步的，所述鹽、摻雜元素與過渡金屬源的質量比為100～1000：1～500：100～1000。

一種元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片的制備方法，包括以下步驟：

S1、將鹽、摻雜元素和過渡金屬源分散在溶劑中，進行反應，干燥后得到前驅體薄片；

S2、使用硫粉作為硫源，將前驅體薄片在惰性氛圍中以150～400℃煅燒，得到元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片。

進一步的，所述步驟S1中，溶劑為水、二氯甲烷、乙醇中的一種；所述反應的反應溫度為10～400℃，反應的反應時間為1～24h；所述干燥方式為冷凍干燥或者加熱干燥。

進一步的，所述步驟S2中，煅燒的時間為1～24h。

一種元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片的應用，所述元素摻雜的過渡金屬硫化物超薄片作為催化劑應用于催化二氧化碳還原的反應中。