一種黑磷?二硫化鉬納米電催化劑及其制備方法、應用技術

本發明專利技術公開了一種黑磷?二硫化鉬納米電催化劑，二硫化鉬納米片負載在黑磷納米片表面。本發明專利技術還公開了上述黑磷?二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，將黑磷納米片與二硫化鉬納米片均勻分散在乙醇中得到混合液，超聲均勻后進行溶劑熱反應，真空干燥得到黑磷?二硫化鉬納米電催化劑。本發明專利技術還公開了上述黑磷?二硫化鉬納米電催化劑在電解水產氫反應中的應用。本發明專利技術通過黑磷納米片對二硫化鉬納米片的電子注入作用，使二硫化鉬納米片富集電子，在電解水產氫反應中具有較高電催化活性。作為一種非貴金屬催化劑，該黑磷?二硫化鉬納米電催化劑原料易得，成本低廉；同時黑磷?二硫化鉬納米電催化劑在多次催化測試后展現了性能與結構的穩定性。

A black phosphorus MoS2 nano catalyst and preparation method and application thereof

The invention discloses a black phosphorus MoS2 nano catalyst, molybdenum disulfide load on the surface of black phosphorus nano film. The invention also discloses a preparation method of the black phosphorus MoS2 nano catalyst, the black phosphorus nano sheet and molybdenum disulfide dispersed in ethanol in the mixed liquid, ultrasonic evenly through the solvothermal reaction, vacuum drying to obtain nano catalyst black phosphorus molybdenum disulfide. The invention also discloses application of the black phosphorus MoS2 nano catalyst in electrolytic hydrogen in the reaction. In the invention, the electronic injection of molybdenum disulfide nano flakes to the molybdenum disulfide nanometer chip makes the molybdenum disulfide nanosheets enrich the electrons, and has higher electrocatalytic activity in the reaction of electrolyzing aquatic hydrogen. As a kind of non noble metal catalysts, the black phosphorus MoS2 nano catalyst available raw materials, low cost; and the nano catalyst black phosphorus molybdenum disulfide in multiple catalytic test show the stability of structure and properties.

【技術實現步驟摘要】
一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑及其制備方法、應用
本專利技術涉及能源催化
，尤其涉及一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑及其制備方法、應用。
技術介紹
能源危機和環境污染已日益嚴峻，威脅著人類的生存和發展。氫能是一種十分重要的能源，由于氫氣的高能量密度以及環境友好的特點，它被認為是可持續的能源存儲的理想能源載體和化石燃料的替代物。而目前，氫氣的生產依賴于化石燃料行業，因此也面臨許多難題，如氫氣純度低和代價較高。而利用電流使水分解產生氫氣和氧氣是非常有效的產氫方法，而且生產成本低，制備的氫氣純度高。電解水產氫反應被認為是大規模工業產氫的一種高效的途徑。貴金屬展現了極其優異的催化活性，如Pt/C是目前性質最佳的電解水產氫催化劑，但是貴金屬由于含量有限且花費巨大因而無法大規模推廣。而密度泛函理論計算反應中間體——吸附態氫原子在MoS2表面的能量變化較小，因而預測MoS2可能有接近Pt/C的催化活性。而基于能帶理論的電子調控是一種設計催化劑的方式，通過將異種材料進行組合，利用不同材料費米能級的不同，實現電子在特定材料上的富集，而對于MoS2，富電子對其電解水產氫反應催化活性有著顯著的提高。
技術實現思路
基于
技術介紹
存在的技術問題，本專利技術提出了一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑及其制備方法和應用，電子在催化劑上富集，使其在電解水產氫反應中具有高活性，而且催化性能穩定，在多次催化測試下性能幾乎沒有下降。本專利技術提出的一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑，二硫化鉬納米片負載在黑磷納米片表面。優選地，二硫化鉬納米片平行分布在黑磷納米片表面。優選地，二硫化鉬納米片與黑磷納米片的質量比為2～4：95～105。本專利技術還提出的上述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，包括如下步驟：將黑磷納米片與二硫化鉬納米片均勻分散在乙醇中得到混合液，超聲均勻后進行溶劑熱反應，真空干燥得到黑磷-二硫化鉬納米電催化劑。優選地，二硫化鉬納米片和乙醇的質量體積比(mg/mL)為0.4～0.6：35～45，黑磷納米片和乙醇的質量體積比(mg/mL)為8～12：35～45。優選地，溶劑熱反應的溫度為50～80℃，溶劑熱反應的時間為1～5h。優選地，真空干燥的溫度為55～65℃。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法如下：將前驅體(NH4)6Mo7O24·4H2O和硫脲分散在去離子水中得到混合物料，接著進行水熱反應，然后冷卻至室溫，超聲剝離，洗滌，真空干燥得到二硫化鉬納米片。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，混合物料中(NH4)6Mo7O24·4H2O的濃度0.025～0.030mmol/mL，混合物料中硫脲的濃度0.7～1.0mmol/mL。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，水熱反應的溫度為210～230℃，水熱反應的時間為16～20h。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，超聲剝離的時間為2～4h。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，真空干燥的溫度為55～65℃。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，洗滌的具體操作如下：將冷卻至室溫的物料進行離心分離，將離心所得產物用極性溶劑進行超聲洗滌，然后繼續進行離心分離，再將離心所得產物用極性溶劑進行超聲洗滌。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，離心分離的轉速為6000～10000轉/min，離心分離的時間為5～7min。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，超聲洗滌時間為1～2min。優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，極性溶劑為乙醇。優選地，黑磷納米片的制備方法如下：在冰水浴中，將塊體黑磷置于有機表面活性劑中進行超聲剝離，然后一次離心除去未剝離的黑磷，接著二次離心，洗滌固體物料，真空干燥得到黑磷納米片。優選地，黑磷納米片的制備方法中，有機表面活性劑為N-甲基-2-吡咯烷酮。優選地，黑磷納米片的制備方法中，超聲剝離的時間為2～4h。優選地，黑磷納米片的制備方法中，一次離心的轉速為1400～1600轉/min，一次離心的時間為8～12min。優選地，黑磷納米片的制備方法中，二次離心的轉速為12000～14000轉/min，二次離心的時間為8～12min。優選地，黑磷納米片的制備方法中，采用乙醇進行洗滌。本專利技術還提出的上述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑在電解水產氫反應中的應用。文中BP為黑磷，MoS2為二硫化鉬，BP-MoS2為黑磷-二硫化鉬納米電催化劑。本專利技術將二硫化鉬納米片平行地負載在黑磷納米片襯底上，構建出一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑，基于材料間費米能級的不同使得電子在二硫化鉬納米片上富集，使所得黑磷-二硫化鉬納米電催化劑在電解水產氫反應中具有很高的催化活性，而且該材料表現出了良好的穩定性。將本專利技術所得黑磷-二硫化鉬納米電催化劑與在同樣合成條件下合成的二硫化鉬負載量為3wt％的MoS2/C催化劑進行對比，利用測得的線性電位掃描(LinearSweepVoltage，LSV)表征其電催化活性，本專利技術的黑磷-二硫化鉬納米電催化劑電解水產氫性能有了顯著提升。附圖說明圖1為本專利技術實施例4所得黑磷納米片的透射電子顯微鏡像。圖2為本專利技術實施例4所得二硫化鉬納米片的透射電子顯微鏡像。圖3為本專利技術實施例4所得黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的透射電子顯微鏡像。圖4為本專利技術實施例4所得黑磷納米片、二硫化鉬納米片和黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的拉曼光譜。圖5為本專利技術實施例4所得黑磷納米片、二硫化鉬納米片和黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的X射線衍射圖。圖6為本專利技術實施例4所得黑磷納米片、二硫化鉬納米片和黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的X射線光電子能譜。圖7為本專利技術實施例4所得商用Pt/C、黑磷納米片、二硫化鉬納米片和黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的線性電位掃描。圖8為本專利技術實施例4所得黑磷-二硫化鉬納米電催化劑經10000次測試后的線性電位掃描。圖9為本專利技術實施例4所得黑磷-二硫化鉬納米電催化劑經10000次測試后的X射線衍射圖。具體實施方式下面，通過具體實施例對本專利技術的技術方案進行詳細說明。實施例1本專利技術還提出的一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，包括如下步驟：將前驅體(NH4)6Mo7O24·4H2O和硫脲分散在去離子水中得到混合物料，接著進行水熱反應，然后冷卻至室溫，超聲剝離，洗滌，真空干燥得到二硫化鉬納米片；在冰水浴中，將塊體黑磷置于有機表面活性劑中進行超聲剝離，然后一次離心除去未剝離的黑磷，接著二次離心，洗滌固體物料，真空干燥得到黑磷納米片；將黑磷納米片與二硫化鉬納米片均勻分散在乙醇中得到混合液，超聲均勻后進行溶劑熱反應，真空干燥得到黑磷-二硫化鉬納米電催化劑。實施例2本專利技術還提出的一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，包括如下步驟：將前驅體(NH4)6Mo7O24·4H2O和硫脲分散在去離子水中得到混合物料，混合物料中(NH4)6Mo7O24·4H2O的濃度0.025mmol/mL，混合物料中硫脲的濃度1.0mmol/mL，接著進行水熱反應，水熱反應的溫度為210℃，水熱反應的時間為20h，然后冷卻至室溫，超聲剝離2h，將冷卻至室溫的物料進行離心分離，離心分離的轉速為6000轉/min，離心分離的時間為7min，將離心所得產物用極性溶劑進行超聲洗滌1min，然后繼續進行離心分離，離心分離的轉速為10000轉/min，離心分離的時間為5mi本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種黑磷?二硫化鉬納米電催化劑，其特征在于，二硫化鉬納米片負載在黑磷納米片表面。

【技術特征摘要】
1.一種黑磷-二硫化鉬納米電催化劑，其特征在于，二硫化鉬納米片負載在黑磷納米片表面。2.根據權利要求1所述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑，其特征在于，二硫化鉬納米片與黑磷納米片的質量比為2～4：95～105。3.一種如權利要求1或2所述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：將黑磷納米片與二硫化鉬納米片均勻分散在乙醇中得到混合液，超聲均勻后進行溶劑熱反應，真空干燥得到黑磷-二硫化鉬納米電催化劑。4.根據權利要求3所述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，其特征在于，二硫化鉬納米片和乙醇的質量體積比(mg/mL)為0.4～0.6：35～45，黑磷納米片和乙醇的質量體積比(mg/mL)為8～12：35～45。5.根據權利要求3或4所述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，其特征在于，溶劑熱反應的溫度為50～80℃，溶劑熱反應的時間為1～5h；優選地，真空干燥的溫度為55～65℃。6.根據權利要求3-5任一項所述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，其特征在于，二硫化鉬納米片的制備方法如下：將前驅體(NH4)6Mo7O24·4H2O和硫脲分散在去離子水中得到混合物料，接著進行水熱反應，然后冷卻至室溫，超聲剝離，洗滌，真空干燥得到二硫化鉬納米片。7.根據權利要求3-6任一項所述黑磷-二硫化鉬納米電催化劑的制備方法，其特征在于，二硫化鉬納米片的制備方法中，混合物料中(NH4)6Mo7O24·4H2O的濃度0.025～0.030mmol/mL，混合物料中硫脲的濃度0.7～1.0mmol/mL；優選地，二硫化鉬納米片的制備方法中，水熱反應的溫度為210～23...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王傳浩，曾杰，
申請(專利權)人：中國科學技術大學先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：安徽,34