[發(fā)明專利]二硫化鉬納米花負(fù)載氧化鋅量子點(diǎn)及在合成氨電催化劑上的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110367445.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN113235126B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳少娜;白斌斌;代忠旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/091
• 分類號(hào): C25B11/091;C25B1/27
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

本發(fā)明提供一種二硫化鉬納米花負(fù)載氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，鉬酸銨與硫脲加入到一定量的去離子水中，攪拌均勻得到澄清溶液，然后加入適量鹽酸溶液，經(jīng)水熱反應(yīng)得到二硫化鉬納米花；將二硫化鉬納米花加入到含有一定量醋酸鋅的無水乙醇中冰浴，邊冰浴邊攪拌，將溶解有一定量強(qiáng)堿的無水乙醇溶液逐滴加上述溶液中，邊滴加邊攪拌，滴加完畢后靜置，再在80?100℃溫度下保溫，得到的洗滌、干燥、通氬氣灼燒，灼燒后的樣品即為二硫化鉬納米花負(fù)載氧化鋅量子點(diǎn)。制備的黑色氧化鋅生長于二硫化鉬表面的合成氨電催化劑利用黑色氧化鋅表面原子配位不全性質(zhì)增加催化活性位點(diǎn)，使得黑色氧化鋅生長于二硫化鉬表面的合成氨電催化劑應(yīng)用于室溫電催化合成氨。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化合成氨材料制備領(lǐng)域，具體涉及在片狀二硫化鉬納米花表面生長白色的氧化鋅，再通過高溫褪火處理，將白色氧化鋅變成黑色氧化鋅，即為二硫化鉬納米花負(fù)載氧化鋅量子點(diǎn)，該材料直接存在異質(zhì)結(jié)，可有效提高電催化活性，相比單純的二硫化鉬，異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料大大提升了合成氨的產(chǎn)率和法拉第效率。

背景技術(shù)

氮酶中的Mo和S元素在固氮中起著重要的作用，二硫化鉬是過渡金屬二硫化物的重要成員，具有半導(dǎo)體的諸多性質(zhì)，其具有典型的六方結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的片層結(jié)構(gòu)，特殊的價(jià)帶，良好的物理化學(xué)性質(zhì)使得它是一種極具潛力的電極材料，近年來在電催化領(lǐng)域引起了各界關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)合成氨等領(lǐng)域。

然而近來研究發(fā)現(xiàn)，MoS₂帶隙較寬1.73（ev），固有導(dǎo)電性差，嚴(yán)重制約著催化活性的提升。為改進(jìn)此不足，引入具有較好性能的氧化鋅作為復(fù)合材料。氧化鋅具有寬帶隙，高激子束縛能，在C軸上由于其高的結(jié)晶性，電阻很小，有利于載流子的傳導(dǎo)。氧化鋅的引入，利于二硫化鉬上的載流子，促進(jìn)電子-空穴對(duì)的分離，同時(shí)由于其能帶匹配，為N型半導(dǎo)體，能與二硫化鉬組成異質(zhì)結(jié)。研究表明，構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)能夠促進(jìn)各組分間電荷轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)導(dǎo)電性，是提升MoS₂催化活性的有效途徑。相比于單純的二硫化鉬材料，二硫化鉬表面生長黑色氧化鋅顆粒形成異質(zhì)結(jié)對(duì)電催化合成氨效率顯著提高，說明異質(zhì)結(jié)材料在電化學(xué)合成氨領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大潛力，具有非常重要的意義 。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了以片狀二硫化鉬為基底，液相條件下在片狀二硫化鉬納米花表面生長氧化鋅粒子，高溫褪火處理后，白色的氧化鋅變成黑色，形成具有異質(zhì)結(jié)的復(fù)合材料。制備的催化劑相比于單純的二硫化鉬，合成氨產(chǎn)率和法拉第效率都有較大的提升。本發(fā)明公開了一種二硫化鉬納米花負(fù)載氧化鋅量子點(diǎn)的制備方法，具體為黑色氧化鋅生長于二硫化鉬表面的合成氨電催化劑制備方法，旨在利用高溫褪火技術(shù)將白色的氧化鋅變成了黑色的氧化鋅，通過電催化性能測(cè)試，電催化活性得到提升。該催化劑由片狀二硫化鉬納米花、黑色氧化鋅粒子構(gòu)建復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明以片狀二硫化鉬納米花為襯底，原位生長氧化鋅，再將白色的氧化鋅變成黑色，制備高活性復(fù)合材料催化劑。

本發(fā)明的上述目的是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)的：

先制備片狀二硫化鉬納米花，然后將二硫化鉬加入液相中，在其表面生長氧化鋅粒子，再將樣品放在管式爐中高溫褪火處理，制備得到黑色氧化鋅生長于二硫化鉬表面合成氨電催化劑。

所得到的黑色氧化鋅生長于二硫化鉬表面合成氨電催化劑，其特征為：氧化鋅顏色為黑色，兩種材料之間有異質(zhì)結(jié)存在。

本發(fā)明的一種黑色氧化鋅生長于二硫化鉬表面的合成氨電催化劑制備方法，包括如下步驟：

（1）二硫化鉬納米花的制備：鉬酸銨與硫脲加入到一定量的去離子水中，攪拌均勻得到澄清溶液，然后加入適量鹽酸溶液，經(jīng)水熱反應(yīng)得到二硫化鉬納米花；鉬酸銨與硫脲的質(zhì)量比為1:1~1:5。所述的鹽酸溶液的濃度為2-4mol/L。水熱反應(yīng)的溫度為150℃~200℃，反應(yīng)時(shí)間為10~24h。