[發明專利]一種三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111153242.0
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113818039B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 郭大剛;羅浩;張珂馨;高燕
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25B11/054
• 分類號: C25B11/054;C25B11/065;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 白文佳

本發明公開了一種三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料及其制備方法，制備方法包括如下過程：將石墨烯卷?碳納米管三維碳材料加入溶液A中，之后進行水熱反應，將水熱反應的產物進行清洗、烘干；石墨烯卷?碳納米管三維碳材料的制備過程包括：向氧化石墨烯水分散液中加入六水合硝酸鎳，經攪拌溶解、淬冷，冷凍干燥后得到包裹硝酸鎳的氧化石墨烯卷；在包裹硝酸鎳的氧化石墨烯卷上進行碳納米管的CVD生長，得到石墨烯卷?碳納米管三維碳材料；溶液A的制備過程包括：將二水合鉬酸鈉和六水合硝酸鈷加入含硒水合肼溶液，之后加入溶劑，攪拌均勻。本發明的三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料適用于在強酸或強堿電解液中進行高效析氫反應且性能穩定。

技術領域

本發明屬于電催化析氫技術領域，具體涉及一種三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料及其制備方法。

背景技術

為了實現碳中和的目標，未來能源轉型的基本方向主要為氫能源、碳捕捉及生物質等。氫能源主要是通過煤氣化、石油裂解以及低溫蒸餾等制備方法進行生產。目前，電解水制氫作為一種清潔以及高效的方式，能完美解決需求與現實相悖的問題。在電解過程中，電極催化劑具有不可忽視的作用，例如降低額外能耗，加速析氫速率等。而貴金屬催化劑具有獨特的電子結構使其表現出高效的析氫性能。但對于工業上來說，其高昂的價格與稀有性令人望而生畏。因此，尋求高效、低廉且儲量豐富的催化劑是迫在眉睫的。

理論計算表明，過渡金屬硫屬化合物(MoS₂,MoSe₂,CoSe₂等)具有與Pt基金屬相似的電子結構，意味著理論上它也具有優異的析氫性能。然而，MoSe₂易團聚會導致邊緣以及缺陷位置的催化位點大幅減少，并且其固有電導率較差不利于電子在電極/催化劑和催化劑內部的傳輸。這些限制了MoSe₂不能充分發揮其電催化作用。目前為了改善MoSe₂的催化性能主要有以下三方面的策略。其一，制備高分散的MoSe₂納米片或者納米花等納米結構，且在其晶體結構中引入缺陷產生大量邊緣和缺陷活性位點；其二，通過摻雜雜原子調控電子結構，進行2H/1T相之間的相轉變，增加其導電性，提升電子傳輸速度；其三，與三維碳材料進行復合，能為MoSe₂的生長提供大量的比表面積，大大提升其導電性，從而有效提升其電解水的催化性能。現今有大量的研究致力于促進MoSe₂性能的提升，但是合成的復合材料與貴金屬基催化劑相比仍然具有較大的差距。因此，MoSe₂復合材料的電催化析氫性能還有待提高。此外，目前的研究以酸性電解液為主，而在堿性電解液中，水在催化劑上的解離較為緩慢，需要更高的過電位且催化效率不高。因此開發能同時適用于強酸強堿條件，且具有高電催化析氫活性以及性能穩定的非貴金屬催化劑具有重要的意義。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料及其制備方法，本發明的三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料適用于在強酸或強堿電解液中進行高效析氫反應且性能穩定。

本發明采用的技術方案如下：

一種三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料的制備方法，包括如下過程：

將石墨烯卷-碳納米管三維碳材料加入溶液A中，之后進行水熱反應，將水熱反應的產物進行清洗、烘干，得到所述三維碳材料/二硒化鉬電催化析氫材料；

其中，石墨烯卷-碳納米管三維碳材料的制備過程包括：

向氧化石墨烯水分散液中加入六水合硝酸鎳，經攪拌溶解、淬冷，冷凍干燥后得到包裹硝酸鎳的氧化石墨烯卷；

在包裹硝酸鎳的氧化石墨烯卷上進行碳納米管的CVD生長，得到石墨烯卷-碳納米管三維碳材料；

其中，溶液A的制備過程包括：將二水合鉬酸鈉和六水合硝酸鈷加入含硒水合肼溶液，之后加入溶劑，攪拌均勻得到溶液A。