[發明專利]一種二硫化鉬納米片@硫化鈷納米顆粒復合電催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202110524002.0
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113355692A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 黃妞;胡穎;邵梅芳;楊柳
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明提供一種二硫化鉬納米片@硫化鈷納米顆粒復合電催化劑的制備方法。首先，在基底表面水熱生長Mo?S或Co?Mo?S納米片陣列；再將鈷鹽溶于揮發非水溶劑，并涂布到Mo?S或Co?Mo?S納米片陣列表面；最后，將樣品放在S氣氛中進行硫化鈷納米顆粒的原位沉積。在室溫下堿、中、酸性電解液中，達到10 mA cm^?2過電位所需過電位在~50 mV附近；對于堿、酸性電解液，達到600 mA cm^?2所需過電位在~200 mV附近。該性能非常接近在大的電流密度工作時甚至超越商用Pt顆粒。對于OER，在室溫堿性電解液中，達到10 mA cm^?2和100 mA cm^?2所需過電位分別在~220 mV和~330 mV。

技術領域

本發明涉及原位復合電極及其制備，屬于能量存儲和轉換材料與器件領域。

背景技術

能源消耗問題是制約世界發展的瓶頸問題。隨著傳統化石燃料的日漸枯竭，能源短缺和全球環境污染問題變得日益嚴峻。為緩解這類問題，發展高效經濟和可再生的綠色能源顯得極為追切。氫能由于具有高能量轉換效率，清潔可再生，零碳排放等優點，被視為是一類高效的新型能源載體，其中電催化分解水（水分解為氧氣和氫氣析出）被認為是最具有工業化應用潛力的方式之一。目前，性能最高效的析氫反應(HER)催化劑仍為鉑基材料，性能和穩定性俱佳的析氧反應(OER)催化劑為氧化釕或氧化銥，但貴金屬昂貴的價格、稀有的儲量嚴重限制了其大規模商業化應用。因此，尋找和制備無污染、價格低源、穩定高效的非貴金屬基材料成為電催化分解水領域的重要研究方向。

二硫化鉬是一種類似石墨的二維層狀過渡金屬硫化物，層內由S-Mo-S三個原子層以共價鍵連接，S-Mo-S層間以范德華爾鍵結合。因其具有耐酸堿的良好穩定性和一定地對氫氣析出反應（hydrogen evolution reaction, HER）的電催化活性而受到廣泛關注。研究表明，二硫化鉬的活性位點位于層邊緣。因此，制備垂直于基底或載體生長的二硫化鉬納米片將能充分暴露絕大部分層邊緣。然而，二硫化鉬層邊緣在堿性和中性水溶液中的HER催化性能仍較差。針對這一問題，密度泛函理論計算和相關報導指明：將對氫質子或水分子中氫原子有較強吸附特性的二硫化鉬與對氫氧根或水分子中氧原子有較強吸附特性的其它材料組成異質結，異質結界面將協同提高二硫化鉬基復合材料的HER和OER催化性能。例如，KeFan等人制備了NiS₂與MoS₂組成的納米棒，這種復合材料較純的NiS₂與MoS₂在堿性水溶液中的HER和和OER性能都大幅度地提高(ACS Catal., 2017, 7, 6179.)；Mingliang Du等人制備了Co₉S₈@MoS₂/碳纖維（CNFs）的復合材料較未復合的Co₉S₈/CNFs和MoS₂/CNFs在堿性水溶液中的HER和OER性能亦大幅度地提高(Adv. Mater. 2015, 27, 4752.)。

硫化鈷的類型很多，包括CoS、CoS₂、Co₃S₄、Co₄S₃、Co₉S₈、Co_1-xS等，硫化鈷因具有類似的化學組成，其中的Co原子對氫氧根或水分子中氧原子有較強地吸附特性。因而，二硫化鉬與其它硫化鈷的復合材料亦將具有優異的協同催化氫析出的能力。

發明內容