Fe掺杂的MoS2纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将三价Fe盐与四硫代钼酸铵溶于DMF中，于180‑200℃下反应6‑24h，得到所述Fe掺杂的MoS2纳米材料。本发明专利技术还提供了一种泡沫镍负载的Fe掺杂的MoS2纳米材料，其包括泡沫镍基底和负载于所述泡沫镍基底上的Fe掺杂的MoS2纳米材料。此外，本发明专利技术还提供了上述材料的制备方法和应用。本发明专利技术的Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，通过溶剂热反应一步即可得到目标产物，操作简单；在制备过程中无须引入表面活性剂进行形貌调控，产物表面洁净易清洗。

【技术实现步骤摘要】
Fe掺杂的MoS2纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电解水催化材料
，具体涉及一种Fe掺杂的MoS2纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
化石能源的过度开采与使用给人类带来了全球变暖和环境污染等问题，因此发展一种可替代化石能源的清洁能源和开发高效的能源转化及储存体系成为了目前研究的热点，例如电化学领域中的燃料电池和电解水等。水的电解分解涉及氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER)。目前最常用的HER和OER电催化剂分别是贵金属衍生的Pt/C和Ir/C电极。然而，这些贵金属价格高昂，总含量极低，这限制了它们在现实生活中的大规模应用。金属硫属化合物作为一种功能性纳米材料，一直是现代纳米材料中研究的热门，它们价格低廉，含量丰富，却能表现出与贵金属相当的电催化性能。其中被研究最广泛的是MoS2的纳米材料，块状MoS2晶体没有催化活性，但二维的MoS2被发现与Pt有相似的电子结构(参见B.Hinnemann,P.G.Moses,J.Bonde,K.P.Jorgensen,J.H.Nielsen,S.Horch,I.Chorkendorff,J.Norskov,J.Am.Chem.Soc.2005,127,5308–5309.)，拥有很好的析氢性能。许多文章已经报道了包括构建活性位点丰富的纳米片，制造多孔结构，掺杂其他杂原子和偶联导电基底等在内的方法来提高MoS2的催化活性(参见X.X.Zou,Y.Zhang,Chem.Soc.Rev.2015,44,5148-5180.)。虽然二硫化钼在酸性介质中催化氢气析出反应已取得重大突破，但其在碱性介质中的催化性能却鲜有研究。ZhaoHuijun课题组曾报道了一种共价掺杂方法，以实现MoS2催化全分解(参见Q.Z.Xiong,Y.Wang,P.F.Liu,L.R.Zheng,G.Z.Wang,H.G.Yang,P.K.Wong,H.M.Zhang,H.J.Zhao,Adv.Mater.2018,30,1801450.)。该材料使用细菌纤维素(BCCF)从(NH4)6Mo7O24和Co(NO3)2混合物溶液中吸附Mo和Co，然后在N2气氛下热处理得到Co-Mo2C/BCCF，再进行气相水热(VPH)得到最终产物Co-MoS2/BCCF。尽管该催化剂在碱性介质中表现出良好的HER，OER催化性能，但是其合成步骤冗长复杂。因此，设计并合成一种简单有效，绿色且廉价的高质量，高催化活性的全解水催化剂，不仅对其在电化学方面的基础研究有着重要的意义，还能够有效地推动材料在能源相关领域的实际应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，通过溶剂热反应一步即可得到目标产物，操作简单；在制备过程中无须引入表面活性剂进行形貌调控，产物表面洁净易清洗。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将三价Fe盐与四硫代钼酸铵溶于DMF中，于180-200℃下反应6-24h，得到所述Fe掺杂的MoS2纳米材料。作为优选，所述三价铁盐为六水合三氯化铁。作为优选，所述三价铁盐与四硫代钼酸铵的摩尔比为1-5:5。更优选的，三价铁盐与四硫代钼酸铵的摩尔比为1:1。作为优选，反应的温度为200℃，反应时间为12h。作为优选，还包括对得到的产物进行洗涤、离心分离和干燥的步骤。作为优选，所述洗涤采用的溶剂为去离子水和无水乙醇。作为优选，离心分离的转速为8000-12000rpm，离心时间不少于3min；干燥温度为40-60℃，干燥时间为2-12h。更优选的，离心分离的转速为10000rpm，离心时间为3min；干燥温度为60℃，干燥时间为12h。本专利技术另一方面还提供了由前述的制备方法制得的Fe掺杂的MoS2纳米材料。合成的Fe掺杂的MoS2纳米材料，其微观结构呈伞盖状，命名为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”。此外，本专利技术还提供了一种泡沫镍负载的Fe掺杂的MoS2纳米材料，其包括泡沫镍基底和负载于所述泡沫镍基底上的、前述的Fe掺杂的MoS2纳米材料。本专利技术另一方面还提供了泡沫镍负载的Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将三价Fe盐与四硫代钼酸铵溶于DMF中，将泡沫镍浸于混合液中，于180-200℃下反应6-24h，得到所述泡沫镍负载的Fe掺杂的MoS2纳米材料。此外，本专利技术还提供了所述Fe掺杂的MoS2纳米材料或所述泡沫镍负载的Fe掺杂的MoS2纳米材料作为电催化剂催化氢气析出反应、氧气析出反应和全水解反应的应用。本专利技术的有益效果：1.本专利技术通过溶剂热反应一步即可得到目标产物，操作简单。2.本专利技术采用“自下而上”的湿化学合成方法，得到的产物形貌均匀，产率高。3.本专利技术在制备过程中无须引入表面活性剂进行形貌调控，因此产物表面洁净易清洗。4.本专利技术的铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”在酸性电解质中催化HER反应时，表现出优异的催化性能，在10mA·cm-2的电流密度下，过电势的值仅为173mV，塔菲尔斜率也低至40.1mV·dec-1，明显优于纯MoS2材料。5.本专利技术的泡沫镍负载的铁掺杂的二硫化钼纳米材料在碱性电解质中催化HER和OER的反应时，表现出优异的催化性能，在10mA·cm-2的电流密度下，HER过电势的值仅为153mV，塔菲尔斜率也低至85.6mV·dec-1。在20mA·cm-2的电流密度下，OER过电势的值仅为230mV，塔菲尔斜率也低至78.7mV·dec-1。6.本专利技术中的泡沫镍负载的铁掺杂的二硫化钼纳米材料在碱性电解质中催化全水解时，仅需1.52V就能实现全水解。附图说明图1为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”的扫描电镜(SEM)图；图2为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”的透射电镜(TEM)图；图3为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”的X-射线粉末衍射(PXRD)图；图4为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”的能量色散X射线光谱(EDX)图；图5为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”的元素分布图；图6为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”的X射线光电子能谱(XPS)图；图7为铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”在0.5MH2SO4中的线性扫描伏安曲线图(a)，塔菲尔斜率图(b)，双层电容图(c)，循环1000次前后的Fe0.05-MoS2的极化曲线对比图(d)；图8为泡沫镍负载的铁掺杂的二硫化钼的扫描电镜(SEM)图；图9为泡沫镍负载的铁掺杂的二硫化钼的X-射线粉末衍射(PXRD)图；图10为泡沫镍负载的铁掺杂的二硫化钼在1.0MKOH电解质中的HER极化曲线图(a)，HER相应的塔菲尔斜率图(b)，OER极化曲线图(c)，OER相应的塔菲尔斜率图(d)，双层电容图(e)和泡沫镍负载的铁掺杂的二硫化钼催化OER反应时的计时电势图(f)；图11为泡沫镍负载的铁掺杂的二硫化钼在1.0MKOH中用于全水解的装置图(a)和全水解的极化曲线(b)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1：铁掺杂的二硫化钼纳米“伞盖”的制备分别称取13mg(0.05mmol)的四硫代钼酸铵和13.5mg(0.05mmol)的六水合氯化铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将三价Fe盐与四硫代钼酸铵溶于DMF中，于180‑200℃下反应6‑24h，得到所述Fe掺杂的MoS2纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将三价Fe盐与四硫代钼酸铵溶于DMF中，于180-200℃下反应6-24h，得到所述Fe掺杂的MoS2纳米材料。2.如权利要求1所述的Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述三价铁盐为六水合三氯化铁。3.如权利要求1所述的Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述三价铁盐与四硫代钼酸铵的摩尔比为1-5:5。4.如权利要求1所述的Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，其特征在于，还包括对得到的产物进行洗涤、离心分离和干燥的步骤。5.如权利要求4所述的Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，其特征在于，所述洗涤采用的溶剂为去离子水和无水乙醇。6.如权利要求4所述的Fe掺杂的MoS2纳米材料的制备方法，其特征在于，离心分离的转速为8000-120...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎建平，薛江燕，倪春燕，虞虹，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32