一种表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纳米结构析氢反应催化剂技术领域，特别涉及一种表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法和应用。以碳布为衬底，利用水热或溶剂热的合成方法，将CoS纳米线负载于碳布上，然后将MoS2纳米片负载于CoS纳米线上，得到纳米线加纳米片的复合纳米阵列结构，CoS@CC+MoS2。本发明专利技术选择在碳布表面上生长CoS纳米线，碳布经过亲水处理后拥有良好的导电性以及多种优良的电化学性能。通过负载纳米片结构的MoS2进行结构的改良，从而对催化剂材料的表面进行改性，提高反应活性并实现高效电解水析氢。解水析氢。解水析氢。

【技术实现步骤摘要】
一种表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米结构析氢反应催化剂
，特别涉及一种表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的不断进步，与我们息息相关的科学技术、物质生活水平不断提升的同时，我们对能源的需求也与日俱增，由此引发的能源危机和环境问题也让我们无法做到置若罔闻。当前我国能源结构的主力军仍然是煤、石油、天然气等传统化石燃料，这些不可再生能源的消耗不仅会产生大量的污染性气体，还会加重温室效应，因此积极研究开发可再生的高效清洁能源势在必行。迄今为止，备受青睐的可持续能源有：太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能、核能、生物能等，美中不足的是这些新型能源具有时间和空间上的间歇性，无法保证长时间的稳定输出，为此，氢能得到了研究者的广泛关注。
[0003]氢气被视为21世纪最具潜力的环境友好型能源载体，与其他能源相比，氢能在以下几个方面表现优越：(1)氢的存储量很大；(2)氢能是绿色清洁环保能源，氢气和氧气燃烧后产物是水且无二氧化硫、二氧化碳等污染性气体生成；(3)氢能能量相对来说更高。更重要的是，氢气可以利用电解水析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，简称HER)获取，该方法在不同的催化剂参与下性能存在差异，所以选择高效的催化剂至关重要。目前被广泛研究的催化剂主要还是过渡金属化合物，如氧化物、硫化物、硒化物、碳化物、磷化物等，其中氧族金属化合物由于其结构优越、易于制备等特点，在催化领域中都扮演着重要的角色。不同的结构表现出的电解水的性能会有所差异。目前提高催化剂性能主要的方法是增加催化剂的导电性、结构的复合以及构建电解水的活性位点等。
[0004]过渡金属硫化物中CoS、MoS2被认为是非常有潜力的催化剂，他们的二维晶格结构和石墨烯类似，CoS纳米线结构比表面积大，可以为电解水制氢提供较为丰富的活性位点，从而使得电催化能源转化的效率比较理想。但其表面活性位点仍有待进步，以制得一种反应活性更高的水分解析氢催化剂。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用纳米线和纳米片优势互补的策略去提升电解水制氢的方法，利用水热/溶剂热的合成方法，在碳布上制备得到较为均匀的复合纳米结构阵列，从而实现结构的稳定和改良，提高电解水析氢的效率。
[0006]本专利技术为实现上述目的采用的技术方案是：一种表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法，以碳布为衬底，利用水热或溶剂热的合成方法，将CoS纳米线负载于碳布上，然后将MoS2纳米片负载于CoS纳米线上，得到纳米线加纳米片的复合纳米阵列结构，CoS@CC+MoS2。
[0007]进一步的，所述制备步骤为：
[0008]1)选择衬底及预处理，以清除衬底表面杂质，提高衬底的亲水性；
[0009]2)前驱体CoS纳米线的制备：将无机金属钴盐溶于水后和尿素混合配成溶液，在一定温度压强下，反应一段时间后于衬底上生成四氧化三钴纳米线，选择合适的硫源，在相同温度下对四氧化三钴纳米线进行硫化，清洗并超声数秒后干燥，得到负载于衬底上的CoS纳米线，CoS@CC；
[0010]3)MoS2纳米片的制备：将四水合钼酸铵和硫脲溶于水后配成溶液，大力搅拌后，在一定温度压强下，反应一段时间，得到黑色溶液，清洗后干燥，得到MoS2纳米片；
[0011]4)制备CoS@CC+MoS2：将制备好的MoS2纳米片分散于有机溶剂中，超声分散后将CoS@CC放入溶液中，采取溶剂热的方法在一定温度下反应若干小时，得到表面复合的纳米片加纳米线结构，CoS@CC+MoS2。
[0012]进一步的，所述衬底为亲水性碳布；
[0013]所述步骤1)中衬底的预处理方法为，将碳布浸泡于硝酸、硫酸和水的混合溶液中，三者的体积比为硝酸：硫酸：水＝1:1:10，浸泡时间24小时；再将碳布分别浸于丙酮、乙醇和去离子水中，各超声清洗10分钟；最后将处理好的碳布置于60℃的烘箱中进行干燥。
[0014]进一步的，所述步骤2)中无机金属钴盐选自氯化钴六水合物；硫源选自硫化钠九水合物；合成四氧化三钴的反应温度为90℃，时间8小时；硫化四氧化三钴的反应温度为90℃，时间16小时。
[0015]进一步的，所述步骤2)中无机金属钴盐的浓度为10mM；所述尿素占无机金属钴盐和尿素总质量的0.42wt％。
[0016]进一步的，所述步骤2)中硫源的浓度为10mM；反应容器为反应釜。
[0017]进一步的，所述步骤4)中有机溶剂选自二乙烯三胺。
[0018]进一步的，所述步骤4)中MoS2与附着于衬底上的CoS的摩尔比为1:1或1:10。
[0019]进一步的，所述步骤4)后在衬底上涂上RTV硅橡胶。
[0020]本专利技术还包括一种表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的应用，所述CoS@CC+MoS2作为析氢催化剂，用于提高电解水析氢的效率。
[0021]本专利技术表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法和应用的有益效果是：
[0022](1)本专利技术提出了一种复合材料合成的方法，对两种材料的配比进行了优化，通过参数的调整获得最理想的样品形貌，使得得到的催化剂材料具有较好的电催化性能。
[0023](2)通过对碳布的亲水性处理，对碳布上制备CoS@CC+MoS2的水热/溶剂热工艺等进行了优化，确保碳布上CoS@CC+MoS2纳米线和纳米片复合的均一性和高催化性。
[0024](3)本专利技术方法所需设备简单，成本低，操作便捷，重复性好。
[0025]本专利技术选择在碳布表面上生长CoS纳米线，碳布经过亲水处理后拥有良好的导电性以及多种优良的电化学性能。通过负载纳米片结构的MoS2进行结构的改良，从而对催化剂材料的表面进行改性，提高反应活性并实现高效电解水析氢。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中不同比例CoS@CC+MoS2纳米线和纳米片结构的扫描电镜(SEM)图；
[0027]图2为本专利技术实施例中Co3O4@CC纳米线结构的扫描电镜(SEM)图；
[0028]图3为本专利技术实施例中Co3O4@CC纳米线结构的能量分散谱(EDS)图；
[0029]图4为本专利技术实施例中CoS@CC纳米线结构的扫描电镜(SEM)图；
[0030]图5为本专利技术实施例中CoS@CC纳米线结构的能量分散谱(EDS)图；
[0031]图6为本专利技术实施例中MoS2纳米片结构的扫描电镜(SEM)图；
[0032]图7为本专利技术实施例在DETA中不同反应时间CoS@CC+MoS2复合材料的析氢性能(HER)图；
[0033]图8为本专利技术实施例中不同比例CoS@CC+MoS2复合材料的析氢性能(HER)图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法，其特征在于：以碳布为衬底，利用水热或溶剂热的合成方法，将CoS纳米线负载于碳布上，然后将MoS2纳米片负载于CoS纳米线上，得到纳米线加纳米片的复合纳米阵列结构，CoS@CC+MoS2。2.根据权利要求1所述的表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法，其特征是，所述制备步骤为：1)选择衬底及预处理，以清除衬底表面杂质，提高衬底的亲水性；2)前驱体CoS纳米线的制备：将无机金属钴盐溶于水后和尿素混合配成溶液，在一定温度压强下，反应一段时间后于衬底上生成四氧化三钴纳米线，选择合适的硫源，在相同温度下对四氧化三钴纳米线进行硫化，清洗并超声数秒后干燥，得到负载于衬底上的CoS纳米线，CoS@CC；3)MoS2纳米片的制备：将四水合钼酸铵和硫脲溶于水后配成溶液，大力搅拌后，在一定温度压强下，反应一段时间，得到黑色溶液，清洗后干燥，得到MoS2纳米片；4)制备CoS@CC+MoS2：将制备好的MoS2纳米片分散于有机溶剂中，超声分散后将CoS@CC放入溶液中，采取溶剂热的方法在一定温度下反应若干小时，得到表面复合的纳米片加纳米线结构，CoS@CC+MoS2。3.根据权利要求2所述的表面掺杂修饰MoS2的CoS纳米线催化剂的制备方法，其特征是：所述衬底为亲水性碳布；所述步骤1)中衬底的预处理方法为，将碳布浸泡于硝酸、硫酸和水的混合溶液中，三者的体积比为硝酸：硫酸：水＝1:1:10，浸泡时间24小时；再将碳布分别浸于丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：何元纯，王妍，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：