一种花瓣状硫化钨纳米球、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种三花瓣状硫化钨纳米球、制备方法及其应用，它包括以下步骤：（a）将钨酸盐与硫脲溶于水中形成混合溶液；所述钨酸盐与硫脲的质量比为4.2：1.3~5.3；（b）将所述混合溶液置于高压釜中，于220~250℃进行水热反应，经离心、水洗、干燥后即可。制备工艺简单，所需设备常规，原料丰富，价格便宜，实现了低成本合成花瓣状硫化钨纳米电催化剂；制作的花瓣状硫化钨催化剂具有较好的电催化稳定性，在循环40000s之后，依旧保持稳定的电催化析氢活性。

Petal shaped tungsten disulfide nano ball, preparation method and application thereof

The invention relates to a three petal shaped tungsten sulfide nanoparticles, preparation method and application thereof, which comprises the following steps: (a) the tungstate and thiourea solution to form a mixed solution in water; the quality of the tungstate and thiourea is 4.2:1.3~5.3; (b) the mixed solution in the autoclave, the hydrothermal reaction at 220~250 deg.c, centrifugation, washing, and drying. The preparation process is simple, the conventional equipment, abundant raw materials, low price, low cost realization of synthesis of petal shaped tungsten sulfide nano catalyst; petallike tungsten sulfide catalyst preparation has good electrocatalytic stability, in the cycle of 40000s, still maintained a stable electrocatalytic hydrogen evolution activity.

【技术实现步骤摘要】
一种花瓣状硫化钨纳米球、制备方法及其应用
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种花瓣状硫化钨，具体涉及一种三花瓣状硫化钨纳米球、制备方法及其应用。
技术介绍
随着社会的进步和发展，能源领域的发展以及由此产生的能源消耗和环境问题，已经成为全世界的关注热点。目前，煤炭、石油、天然气等化石能源日益枯竭，伴随着气候变暖，环境恶化等问题的日益严重，人们开始尝试开发新的清洁能源。作为目前已知的能量密度最高，且洁净、高效的可再生能源，氢是21世纪最有发展潜能的新能源，有望在不久的将来取代化石能源在人们的生产生活中得到广泛的运用。近几十年来，储氢、产氢等技术得到了飞跃的发展，而在近几年，通过水裂解的方式得到氢气的技术吸引了众多学者的青睐，而铂基等贵金属材料作为高效的析氢催化剂却由于其稀缺性限制了大规模应用的条件。因此，开发出一种廉价高效的催化剂降低电催化裂解水过程中的过电势成为当前迫在眉睫的任务和挑战。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，它包括以下步骤：（a）将钨酸盐与硫脲溶于水中形成混合溶液；所述钨酸盐与硫脲的质量比为4.2：1.3~5.3；（b）将所述混合溶液置于高压釜中，于220~250℃进行水热反应，经离心、水洗、干燥后即可。优化地，所述步骤（b）中，水热反应后自然冷却至室温将高压釜取出，倾去上层透明液体并取出黑色沉淀。进一步地，步骤（b）中，所述水热反应的时间为18~24小时。优化地，步骤（b）中，向黑色沉淀中加入酒精进行离心清洗。优化地，所述步骤（b）中，干燥的方式采用冷冻干燥。本专利技术的又一目的在于提供一种用于上述方法制得的花瓣状硫化钨纳米球。本专利技术的再一目的在于提供一种上述花瓣状硫化钨纳米球，它用作析氢催化剂。通过控制花瓣状硫化钨纳米球中硫的含量实现，能够实现对电催化析氢性能的调节。在一定范围内，硫化钨的电催化析氢性能随着硫含量的增加而提高。优化地，将上述的花瓣状硫化钨纳米球与乙炔黑、溶剂稀释的粘结剂溶液制成浆料，再旋涂在圆盘电极上干燥形成电极膜层即可。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：（1）针对目前使用的贵金属电催化价格高昂这一问题，本专利技术利用钨酸钠和硫脲作为原料，制备工艺简单，所需设备常规，原料丰富，价格便宜，实现了低成本合成花瓣状硫化钨纳米电催化剂；（2）针对目前硫化钨电催化剂析氢性能不佳这一问题，本专利技术制备的高硫含量的硫化钨，很大程度上提高了纯硫化钨电催化析氢性能，在10mA/cm-2的电流密度下，其过电势降低了89mV，塔菲儿曲线斜率减小了17mV/dec；（3）针对目前硫化钨电催化剂析氢性能调控这一难题，本专利技术通过简单调节硫化钨中硫的含量，成功实现了对纯硫化钨电催化析氢性能的改善。测试得到的硫化钨电催化析氢性能随着硫含量的增加而提高，达到10mA/cm-2的电流密度所需要的过电势逐渐降低，相应的塔菲儿曲线斜率逐渐减小；（4）针对目前使用的铂基以及其他催化材料催化过程中活性降低的问题，本专利技术所制作的花瓣状硫化钨催化剂具有较好的电催化稳定性，在循环40000s之后，依旧保持稳定的电催化析氢活性；（5）本专利技术所提及的通过调节硫化钨中硫的含量进而调控其电催化析氢性能的方法，可以推广到改善其它二维过渡金属硫族化物的电催化活性，如MoS2，MoSe2，WSe2等，丰富了层状金属硫属化合物电催化性能优化方法。附图说明图1为本专利技术实施例4中所合成的花瓣状WS2-4的扫描电子显微镜图；图2为本专利技术实施例1中WS2-1的HER催化性能测试结果；图3为本专利技术实施例2中WS2-2的HER催化性能测试结果；图4为本专利技术实施例3中WS2-3的HER催化性能测试结果；图5为本专利技术实施例4中WS2-4的HER催化性能测试结果;图6为本专利技术实施例1-4中四种硫含量的硫化钨电催化析氢塔菲儿曲线；图7为本专利技术实施例1-4中四种硫含量的硫化钨电催化析氢稳定性。具体实施方式本专利技术花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，它包括以下步骤：（a）将钨酸盐与硫脲溶于水中形成混合溶液；所述钨酸盐与硫脲的质量比为4.2：1.3~5.3；（b）将所述混合溶液置于高压釜中，于220~250℃进行水热反应，经离心、水洗、干燥后即可。利用钨酸钠和硫脲作为原料，制备工艺简单，所需设备常规，原料丰富，价格便宜，实现了低成本合成花瓣状硫化钨纳米电催化剂。步骤（b）中，水热反应后自然冷却至室温将高压釜取出，倾去上层透明液体并取出黑色沉淀；向黑色沉淀中加入酒精进行离心清洗；所述水热反应的时间为18~24小时；干燥的方式采用冷冻干燥。下面将结合附图实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1本实施例提供一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，它包括以下步骤：（a）将4.2g钨酸钠和1.3g硫脲加入50ml去离子水中，超声搅拌30分钟形成混合溶液；（b）将混合溶液转移到高压釜中，加热升温到220℃，保持24h；随后自然冷却到室温取出，将上层透明液体倒入废液桶中，取出黑色沉淀物质；加入酒精，离心清洗3遍，然后加入去离子水，离心清洗3遍；将离心后得到的产物通过冷冻干燥的方式冻干即可，得到的硫化钨纳米球命名为WS2-1。实施例2本实施例提供一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，它的制备步骤与实施例1中的基本一致，不同的是：加入的硫脲为2.6g，得到的硫化钨纳米球命名为WS2-2。实施例3本实施例提供一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，它的制备步骤与实施例1中的基本一致，不同的是：加入的硫脲为3.9g，得到的硫化钨纳米球命名为WS2-3。实施例4本实施例提供一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，它的制备步骤与实施例1中的基本一致，不同的是：加入的硫脲为5.3g，得到的硫化钨纳米球命名为WS2-4，其形貌如图1所示。实施例5本实施例提供一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，它的制备步骤与实施例1中的基本一致，不同的是：水热反应的温度为250℃，得到的硫化钨纳米球命名为WS2-5。实施例6本例提供一种花瓣状硫化钨纳米球的应用，具体是将实施例1至5中得到的花瓣状硫化钨纳米球制备成硫化钨催化剂电极：称取8mg花瓣状硫化钨（WS2-1、WS2-2、WS2-3和WS2-4）、2mg乙炔黑，加入含350µL无水乙醇和95µL5wt%Nafion的混合溶液中，超声30~60分钟，形成均匀混合的浆料。取7µL浆料涂在旋转圆盘电极上，干燥10~30分钟，形成均匀平滑的电极膜层，材料负载为0.64mg/cm-2。硫化钨在酸性条件下的电催化析氢性能测试：以0.5摩尔/升的硫酸为电解液，上述实施例所制备的涂覆在圆盘电极的硫化钨薄膜为工作电极，金属铂丝为对电极，饱和Ag/AgCl为参比电极，测试时转速为1600转每分钟。进行电催化性能测试前，先以10~100mV/s的扫速进行循环伏安扫描50~200圈，以活化硫化钨催化剂。硫化钨的电催化析氢性能随着硫含量的增加而提高。为了获得10mA/cm-2的电流密度，WS2-1、WS2-2、WS2-3、WS2-4所需要的过电势分别为310、272、240和221mV；另一方面，WS2-1、WS2-2、WS2-3、WS2-4所表现的塔菲儿曲线斜率分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：（a）将钨酸盐与硫脲溶于水中形成混合溶液；所述钨酸盐与硫脲的质量比为4.2：1.3~5.3；（b）将所述混合溶液置于高压釜中，于220~250℃进行水热反应，经离心、水洗、干燥后即可。

【技术特征摘要】
1.一种花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：（a）将钨酸盐与硫脲溶于水中形成混合溶液；所述钨酸盐与硫脲的质量比为4.2：1.3~5.3；（b）将所述混合溶液置于高压釜中，于220~250℃进行水热反应，经离心、水洗、干燥后即可。2.根据权利要求1所述花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，其特征在于：所述步骤（b）中，水热反应后自然冷却至室温将高压釜取出，倾去上层透明液体并取出黑色沉淀。3.根据权利要求2所述花瓣状硫化钨纳米球的制备方法，其特征在于：步骤（b）中，所述水热反应的时间为18~24小时。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王显福，汤凯，晏成林，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32