一种硒硫化铼复合二维材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种硒硫化铼复合二维材料、制备方法及其应用，它包括以下步骤：(a)取高铼酸铵和硫脲溶于有机溶剂中形成第一溶液；(b)取硒粉溶于水合肼中形成第二溶液；(c)将所述第一溶液和所述第二溶液混合后，倒入置有基底的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，降温，取出基底即可。通过控制硫的微量掺杂，在基底上得到了覆盖率高、分布均匀、尺寸较小的硒硫化铼纳米片，纳米片大小在50～100nm，这种高覆盖率、垂直生长的纳米片可以提供更大的比表面积，从而在电催化中提供更大的电流密度。通过掺杂硫的量，调整了材料的电子结构，降低了材料的吸氢自由能，提高了材料的导电性，创造出更多的缺陷和活性点位，从而提高了材料的电催化性能。

Composite material of selenium rhenium sulfide and preparation method and application thereof

The invention relates to a selenium rhenium sulfide composite two-dimensional material and preparation method and application thereof, which comprises the following steps: (a) and ammonium perrhenate and thiourea dissolved in organic solvent to form a first solution; (b) the selenium dissolved in hydrazine hydrate formed in second solution; (c) will be the first solution and the second solutions are mixed, poured into the hydrothermal reaction reactor base; the end of the hydrothermal reaction after cooling, can remove the substrate. Through the control of sulfur doped, on the substrate has been covered with selenium rhenium sulfide nanosheet rate, uniform distribution, small size, nano size at 50 ~ 100nm, the high coverage rate, vertical growth of nanosheets can provide larger specific surface area, thus providing greater in electric current density catalysis. The electronic structure of the material was adjusted by doping sulfur content, the hydrogen free energy of the material was reduced, the conductivity of the material was improved, and more defects and active sites were created, thus the electrocatalytic performance of the material was improved.

【技术实现步骤摘要】
一种硒硫化铼复合二维材料、制备方法及其应用
本专利技术属于电催化剂领域，涉及一种硒硫化铼复合二维材料，具体涉及一种硒硫化铼复合二维材料、制备方法及其应用。
技术介绍
能源是人类活动的基础以及人类社会发展的物质前提，与传统的化石能源(如煤炭、石油等)相比，氢能是一种清洁、高效、可再生的理想能源，它可以从水中获得，完全燃烧后的产物是水，不会对环境造成污染，是最干净的绿色能源。氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。电解水制氢气(Hydrogenevolutionreaction，HER)在未来的氢能源开发中有着重要作用，也是当今电催化研究领域的热门，对此人们进行了大量的研究。电催化材料是决定电解水制氢效率的重要一环，目前商用的析氢催化剂主要为Pt等贵金属，其高昂的价格和稀有的储量制约了这一过程的发展，寻找价格低廉和储量丰富的非贵金属催化剂成为近年来研究的热点。二硒化铼和二硫化铼是两种新型的过渡金属硫族化合物，研究表明，与传统的二维材料如二硫化钼等不同，二硫化铼从体相到单层均保持为直接带隙半导体，并且层间范德华力很弱，晶格对称性低，近年来在各种光电器件如场效应晶体管、光探测器以及催化和储能方面有着越来越多的应用(Adv.Mater,2016,28,2616-262；Nanoscale,2014,6,7226-7231)。由于二硒化铼和二硫化铼暴露的活性边缘具有析氢催化活性，因此在电化学催化领域具有很大潜力(NanoLett.,2016,16,3780-3787；Nanoscale,2014,6,12458-12462)。但是，目前报道的铼基硫族化合物电催化剂由于其本身的导电性不佳，易于团聚，活性表面积较小，无法暴露出更多的活性位点，表现出来的催化性能仍有待提高。
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硒硫化铼复合二维材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种硒硫化铼复合二维材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)取高铼酸铵和硫脲溶于有机溶剂中形成第一溶液；(b)取硒粉溶于水合肼中形成第二溶液；(c)将所述第一溶液和所述第二溶液混合后，倒入置有基底的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，降温，取出基底即可。优化地，所述高铼酸铵、硫脲和硒粉的摩尔比为1：0.5～2：0.5～2。优化地，步骤(c)中，所述水热反应的温度为150～300℃，反应时间为15～35小时。优化地，步骤(c)中，自然降温后，取出生长有所述硒硫化铼复合二维材料的基底，用乙醇多次漂洗，晾干即可。进一步地，步骤(b)中，所述水合肼与所述硒粉的比例为5ml：0.05～0.2mmol。优化地，所述基底为碳纸，在使用前先将其分别置于丙酮、乙醇中超声清洗，晾干后放入反应釜中；所述有机溶剂为DMF、DMSO和DMAC中的一种或多种组成的混合物。本专利技术的又一目的在于提供一种硒硫化铼复合二维材料，它由上述的制备方法制得。本专利技术的再一目的在于提供一种硒硫化铼复合二维材料的应用，它用作析氢催化剂。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：本专利技术硒硫化铼复合二维材料的制备方法，工艺步骤简单，通过控制反应前驱物采用特定的硒硫比，保持了纳米片形貌的同时，得到了活性可调、催化性能更佳的新型纳米复合材料；通过控制硫的微量掺杂，在基底上得到了覆盖率高、分布均匀、尺寸较小的硒硫化铼纳米片，纳米片大小在50～100nm，这种高覆盖率、垂直生长的纳米片可以提供更大的比表面积，从而在电催化中提供更大的电流密度。通过掺杂硫的量，调整了材料的电子结构，降低了材料的吸氢自由能，提高了材料的导电性，创造出更多的缺陷和活性点位，从而提高了材料的电催化性能。附图说明图1为对比例1中制得的二硒化铼材料的SEM图(标尺为1μm)；图2为实施例2中制得的硒硫化铼复合二维材料的SEM图(标尺为500nm)；图3为实施例2中制得的硒硫化铼复合二维材料的TEM图(标尺为50nm)；图4为实施例2、3和对比例1-2中制得的复合二维材料的XRD图；图5为实施例1-5和对比例1-2中制得的复合二维材料的电催化产氢极化曲线图(在0.5M的硫酸电解液中)；图6为实施例1-5和对比例1-2中制得的复合二维材料的电催化产氢的塔菲尔曲线图；图7为实施例1-5和对比例1-2中制得的复合二维材料的阻抗曲线图；图8为实施例1-5和对比例1-2中制得的复合二维材料的电化学活性表面积测试图(双电层电容Cdl的值与材料电化学表面积成正比)。具体实施方式本专利技术硒硫化铼复合二维材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)取高铼酸铵和硫脲溶于有机溶剂中形成第一溶液；(b)取硒粉溶于水合肼中形成第二溶液；(c)将所述第一溶液和所述第二溶液混合后，倒入置有基底的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，降温，取出基底即可。该工艺步骤简单，反应条件易于实现，便于工业化的扩大生产。所述高铼酸铵、硫脲和硒粉的摩尔比优选为1：0.5～2：0.5～2；通过控制反应前驱物采用特定的硒硫比，保持了纳米片形貌的同时，得到了活性可调、催化性能更佳的新型纳米复合材料；通过控制硫的微量掺杂，在基底上得到了覆盖率高、分布均匀、尺寸较小的硒硫化铼纳米片，纳米片大小在50～100nm，这种高覆盖率、垂直生长的纳米片可以提供更大的比表面积，从而在电催化中提供更大的电流密度；通过掺杂硫的量，调整了材料的电子结构，降低了材料的吸氢自由能，提高了材料的导电性，创造出更多的缺陷和活性点位，从而提高了材料的电催化性能。步骤(c)中，所述水热反应的温度优选为150～300℃，反应时间优选为15～35小时。步骤(c)中，自然降温后，取出生长有所述硒硫化铼复合二维材料的基底，用乙醇多次漂洗，晾干即可。步骤(b)中，所述水合肼与所述硒粉的比例为5ml：0.05～0.2mmol，此时的比例有利于高铼酸铵和硫脲的还原，从而调整纳米片中硫的掺杂量。所述基底优选为碳纸，它具有良好的导电性和电化学惰性，大大改善了材料的导电性能，保证了电子的传输，同时其内部三维网络结构的碳纤维也大大提高了材料的活性表面积和负载量，有利于提高催化性能。在使用前先将其分别置于丙酮、乙醇中超声清洗，晾干后放入反应釜中；所述有机溶剂为DMF、DMSO和DMAC中的一种或多种组成的混合物。由上述方法制得的硒硫化铼复合二维材料，它可用作析氢催化剂。下面将结合实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1本实施例提供一种硒硫化铼复合二维材料(ReSexS2-x/CFP)的制备方法，它包括下述步骤：(a)取0.1mmol高铼酸铵粉末(NH4ReO4)和硫脲(0.05mmol)置于25mlDMF中，超声溶解形成第一溶液；(b)取0.2mmol硒粉置于5ml水合肼中，溶解后得第二溶液；(c)将第一溶液和第二溶液混合后，倒入置有基底(一片1cm×3.5cm的碳纸，简称为CFP，将该碳纸先后置于丙酮和乙醇中超声清洗各15分钟，晾干后放入50mL聚四氟乙烯内胆中，斜靠内胆壁)的反应釜内胆中，随后将内胆放进不锈钢反应釜中，拧紧反应釜盖子，置于烘箱中，在200℃反应30小时；反应结束自然降温后，将长满产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硒硫化铼复合二维材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：(a)取高铼酸铵和硫脲溶于有机溶剂中形成第一溶液；(b)取硒粉溶于水合肼中形成第二溶液；(c)将所述第一溶液和所述第二溶液混合后，倒入置有基底的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，降温，取出基底即可。

【技术特征摘要】
1.一种硒硫化铼复合二维材料的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：(a)取高铼酸铵和硫脲溶于有机溶剂中形成第一溶液；(b)取硒粉溶于水合肼中形成第二溶液；(c)将所述第一溶液和所述第二溶液混合后，倒入置有基底的反应釜中进行水热反应；水热反应结束后，降温，取出基底即可。2.根据权利要求1所述的硒硫化铼复合二维材料的制备方法，其特征在于：所述高铼酸铵、硫脲和硒粉的摩尔比为1：0.5～2：0.5～2。3.根据权利要求1所述的硒硫化铼复合二维材料的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，所述水热反应的温度为150～300℃，反应时间为15～35小时。4.根据权利要求1所述的硒硫化铼复合二维材料的制备方法，其特征在于：步骤(c)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙迎辉，夏宇飞，黄建文，吴问奇，邹贵付，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32