一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法，属于电催化材料的制备方法技术领域。一、制备直径为430纳米的单分散二氧化硅实心球；二、将制备得到的二氧化硅小球有规则的组装排列在空气和水的界面上，单分散二氧化硅小球水‑乙醇悬浮液滴加到悬浮在去离子水面上的玻璃片上，单分散二氧化硅小球沿着玻璃片边沿逐渐在水面上有规则的进行排成形成单层阵列，最后二氧化硅小球有序结构阵列被二氧化硅/硅基底接取，反复上述操作；三、采用化学气相沉积技术生长二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列；四、去除内部的二氧化硅模板得到二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列。

Preparation method of two dimensional molybdenum selenide functional material catalyst for electrolyzing water to produce hydrogen

The invention provides a preparation method of a two-dimension selenium molybdenum functional material catalyst for electrolyzing water to produce hydrogen, which belongs to the technical field of the preparation method of the electrocatalytic material. A diameter of 430 nm, preparation of monodisperse silica solid spheres; two, the assembly of silica particles prepared in regular arrangement of air and water interface, monodisperse silica beads of water ethanol suspension suspended in deionized water dripped into the glass sheet, monodisperse silica beads along the glass on the surface of a piece edge gradually in the rules of the row formed monolayer arrays, finally ordered structure of silica bead array is silicon dioxide / silicon substrate access, repeat the above operation; three, using the technique of chemical vapor deposition growth of two molybdenum selenide / SiO2 composite core-shell arrays of ordered structure; four, the removal of internal silica template two molybdenum selenide functional material grade hollow spherical ordered structure array.

【技术实现步骤摘要】
一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法，属于电催化材料的制备方法

技术介绍
近些年来，电化学催化析氢反应已经成为了一种非常重要的电化学还原过程去分解水产生氢气，由于其在能量转换和能量存储方面扮演非常重要的角色，使其吸引了科学界的广泛关注。电化学分解水的关键问题在于寻求具有活性高、低成本、稳定性好、易得的催化材料。众所周知，催化剂的催化性能主要依赖于催化材料活性位点的数目和材料的导电性，活性位点的数量越多，导电性越好，催化性能越好。理论和实验证明，过渡金属二硫属化合物，属于层状结构的二维半导体材料，具有非常好的电、光和催化性能。研究发现层状过渡金属二硫属化合物的边缘具有丰富的活性位点，有利于催化反应。分等级结构的空心球形微纳米材料，由于其具有大的比表面积，多的活性位点，低的密度，好的表面渗透性，高的负载量，新颖的架构引起了科学工作者的广泛关注，这种分等级结构的空心球形功能材料，在催化、药物、锂离子电池、气体传感器等广泛的领域具有非常重要的应用价值。分等级结构的空心球，由于球壳是由纳米尺度的部件单元组装而成，这将有利于暴露更多的活性位点，促进催化性能。当前主要有两种方法用于制备空心结构产物，一种方法是基于奥斯特瓦尔德熟化过程的无模板方法，在液相反应过程中，随着时间的变化，小的晶体颗粒逐渐溶解并再次沉积到大的晶体颗粒上形成空心架构的一种过程。另一种方法为可控沉积多种功能材料到可去除的模板表面，随后再通过热分解或化学刻蚀的方法去除内部的模板，形成空心架构。第一种方法随机性较大，产物的尺寸不容易控制，并且很难形成规则排列的阵列。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法，步骤一、制备直径为430纳米的单分散二氧化硅实心球。正硅酸乙酯和无水乙醇的混合液加入到氨水、无水乙醇和去离子水混合液中，快速磁力搅拌后转为缓慢搅拌，得到白色固体粉末，离心、洗涤、干燥，即为二氧化硅小球，备用；步骤二、将制备得到的二氧化硅小球有规则的组装排列在空气和水的界面上。单分散二氧化硅小球水-乙醇悬浮液滴加到悬浮在去离子水面上的玻璃片上，单分散二氧化硅小球沿着玻璃片边沿逐渐在水面上有规则的进行排列形成单层阵列，最后二氧化硅小球有序结构阵列被二氧化硅/硅基底接取，反复上述操作，使其在二氧化硅/硅基底上排列成多层二氧化硅小球有序结构阵列；步骤三、采用化学气相沉积技术生长二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列。首先，三氧化钼和硒粉作为反应源分别置于化学气相沉积炉中的高温区和低温区，带有多层二氧化硅小球有序结构阵列的二氧化硅/硅基底倒置于三氧化钼反应源上，以氢气和氩气作为还原剂和载气，升高炉子温度常压条件下进行反应，反应后炉子自然冷却至室温，获得二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列；步骤四、去除内部的二氧化硅模板得到二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列。在二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，干燥后将其置于氢氟酸中，内部的二氧化硅小球模板和基底上的二氧化硅被溶解，二硒化钼空心球有序结构阵列和聚甲基丙烯酸甲酯薄膜悬浮于液面上，水洗，转移到基底和电极上，干燥后，用丙酮浸泡去除聚甲基丙烯酸甲酯得到二维二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列，进行表征和电催化析氢性能测试。步骤一中，所述正硅酸乙酯和无水乙醇的体积比为1:10；氨水、无水乙醇和去离子水的体积比为1:2:3。步骤一中，所述快速磁力搅拌时间为30～100秒，缓慢搅拌时间为1～6小时。步骤一中，洗涤条件为无水乙醇、去离子水交替洗涤各3次，干燥温度为60～80摄氏度。步骤二中，所述单分散二氧化硅小球的浓度为1～6wt％、容量为50～150微升，单分散二氧化硅小球水-乙醇的体积比为2:1～1:2。步骤二中，所述玻璃片的尺寸为0.5×0.5～2×2厘米。步骤三中，多层二氧化硅小球有序结构阵列的二氧化硅/硅基底倒置于三氧化钼反应源上，间隔0.5～1.5厘米。步骤三中，所述氢气的流量为5～12sccm，氩气的流量为10～30sccm。步骤四中，旋涂的转速为1000～3000rpm，旋涂的时间为10～40秒。步骤四中，置于氢氟酸中的时间为2～8分钟；氢氟酸的浓度为5～15wt％。步骤四中，用丙酮浸泡的时间为8～16小时。本专利技术的有益效果：本专利技术方法制备的二维硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列电解水制氢催化剂用于电催化材料
，有望改善能源与环境问题。本专利技术方法制备的电催化活性材料具有较高的催化性能和很好的稳定性，在电催化材料
具有很好的应用前景。本专利技术方法制备的电催化活性材料，由于其具有分等级结构，空心架构及紧密堆积的阵列结构将有利于增加比表面积，增加活性位点，促进电子转移，提高光吸收效率，将促进过渡金属二硫属化合物在其它领域的广泛应用。附图说明图1是二维硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列的光学图像。图2是硒化钼分等级空心球有序结构阵列的扫描图像。图3是制备的硒化钼分等级空心球有序结构阵列倾斜45度角的扫描图像。图4是硒化钼分等级空心球有序结构阵列的拉曼光谱图。图5是用镊子破坏了的硒化钼分等级空心球有序结构阵列的扫描图像。图6是硒化钼分等级空心球有序结构阵列的透射图像。具体实施方式下面将对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。本实施例所涉及的一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法，包括：步骤一、制备直径为430纳米的单分散二氧化硅实心球。正硅酸乙酯和无水乙醇的均匀混合液迅速加入到氨水、无水乙醇和去离子水均匀混合液中，并且加入的过程中切勿碰到反应容器壁，快速磁力搅拌60秒后，缓慢搅拌2小时，得到白色固体粉末，离心，无水乙醇、去离子水交替洗涤各3次，70摄氏度干燥12小时，即为二氧化硅小球，备用；步骤二、将制备得到的二氧化硅小球有规则的组装排列在空气和水的界面上。2wt％、100微升的单分散二氧化硅小球水-乙醇(1:1体积比)悬浮液滴加到悬浮在去离子水面上尺寸为1×1厘米的玻璃片上，单分散二氧化硅小球沿着玻璃片边沿逐渐在水面上有规则的进行排成形成单层阵列，最后二氧化硅小球有序结构阵列被二氧化硅/硅基底接取，反复上述操作，使其在二氧化硅/硅基底上排列成多层二氧化硅小球有序结构阵列；步骤三、采用化学气相沉积技术生长二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列。首先，三氧化钼和硒粉作为反应源分别置于化学气相沉积炉中的高温区和低温区，带有多层二氧化硅小球有序结构阵列的二氧化硅/硅基底倒置于三氧化钼反应源上，间隔1厘米，一定流量的氢气(8sccm)作为还原剂，氩气(20sccm)作为载气，升高炉子温度常压条件下进行反应，反应后炉子自然冷却至室温，获得二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列；步骤四、去除内部的二氧化硅模板得到二维二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列。在二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料表面旋涂一层聚甲基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一、制备直径为430纳米的单分散二氧化硅实心球，正硅酸乙酯和无水乙醇的混合液加入到氨水、无水乙醇和去离子水混合液中，快速磁力搅拌后转为缓慢搅拌，得到白色固体粉末，离心、洗涤、干燥，即为二氧化硅小球，备用；步骤二、将制备得到的二氧化硅小球有规则的组装排列在空气和水的界面上，单分散二氧化硅小球水‑乙醇悬浮液滴加到悬浮在去离子水面上的玻璃片上，单分散二氧化硅小球沿着玻璃片边沿逐渐在水面上有规则的进行排成形成单层阵列，最后二氧化硅小球有序结构阵列被二氧化硅/硅基底接取，反复上述操作，使其在二氧化硅/硅基底上排列成多层二氧化硅小球有序结构阵列；步骤三、采用化学气相沉积技术生长二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列，首先，三氧化钼和硒粉作为反应源分别置于化学气相沉积炉中的高温区和低温区，带有多层二氧化硅小球有序结构阵列的二氧化硅/硅基底倒置于三氧化钼反应源上，以氢气和氩气作为还原剂和载气，升高炉子温度常压条件下进行反应，反应后炉子自然冷却至室温，获得二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列；步骤四、去除内部的二氧化硅模板得到二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列，在二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，干燥后将其置于氢氟酸中，内部的二氧化硅小球模板和基底上的二氧化硅被溶解，二硒化钼空心球有序结构阵列和聚甲基丙烯酸甲酯薄膜悬浮于液面上，水洗，转移到基底和电极上，干燥后，用丙酮浸泡去除聚甲基丙烯酸甲酯得到二维二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列，进行表征和电催化析氢性能测试。...

【技术特征摘要】
1.一种二维硒化钼功能材料电解水制氢催化剂的制备方法，其特征在于，步骤一、制备直径为430纳米的单分散二氧化硅实心球，正硅酸乙酯和无水乙醇的混合液加入到氨水、无水乙醇和去离子水混合液中，快速磁力搅拌后转为缓慢搅拌，得到白色固体粉末，离心、洗涤、干燥，即为二氧化硅小球，备用；步骤二、将制备得到的二氧化硅小球有规则的组装排列在空气和水的界面上，单分散二氧化硅小球水-乙醇悬浮液滴加到悬浮在去离子水面上的玻璃片上，单分散二氧化硅小球沿着玻璃片边沿逐渐在水面上有规则的进行排成形成单层阵列，最后二氧化硅小球有序结构阵列被二氧化硅/硅基底接取，反复上述操作，使其在二氧化硅/硅基底上排列成多层二氧化硅小球有序结构阵列；步骤三、采用化学气相沉积技术生长二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列，首先，三氧化钼和硒粉作为反应源分别置于化学气相沉积炉中的高温区和低温区，带有多层二氧化硅小球有序结构阵列的二氧化硅/硅基底倒置于三氧化钼反应源上，以氢气和氩气作为还原剂和载气，升高炉子温度常压条件下进行反应，反应后炉子自然冷却至室温，获得二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料有序结构阵列；步骤四、去除内部的二氧化硅模板得到二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列，在二硒化钼/二氧化硅壳核复合材料表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，干燥后将其置于氢氟酸中，内部的二氧化硅小球模板和基底上的二氧化硅被溶解，二硒化钼空心球有序结构阵列和聚甲基丙烯酸甲酯薄膜悬浮于液面上，水洗，转移到基底和电极上，干燥后，用丙酮浸泡去除聚甲基丙烯酸甲酯得到二维二硒化钼功能材料分等级空心球有序结构阵列，进行表征和电催化析氢性能测试。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡平安，陈晓爽，胡文平，刘光波，曹文武，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23