一种用于电催化析氢的1T-MoS2/NiS异质界面结构催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于电催化析氢的1T

【技术实现步骤摘要】
一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及新能源材料制备技术和电化学能源存储
，具体涉及一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]氢气是一种理想的能源载体，具有高热值、高重量能量密度和无污染等优点，被认为是有前景的清洁能源。电解水制氢是一种高效、可持续的制氢方法，该技术的发展对氢能相关新能源领域的拓展具有重要意义。目前，电解水制氢技术的大规模应用受制于碱性介质中析氢反应(HER)动力学过程缓慢，导致高的过电位和能量损耗。利用Pt基催化剂可提升碱性介质中HER的动力学，但高成本、资源稀缺性等因素极大地限制了其大规模应用。因此，开发廉价、易制备的高效非贵金属催化剂对于氢能产业的发展十分必要。
[0003]二硫化钼(MoS2)是一种典型的二维层状材料，由于其边缘位点具有最佳的氢吸附自由能，被认为是一种有前景的非贵金属HER催化剂[Tsai.C,Li.H,Abild
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Pedersen.F,et al.,Electrochemical generation of sulfur vacancies in the basal plane of MoS
2 for hydrogen evolution.Nature Communications,2017,8,15113]。但在实际应用过程中，发现MoS2并未发挥到最佳的性能。因此，大量的工作研究致力于通过各种方法提高MoS2的催化性能，包括相工程、厚度调控和掺杂等。与半导体相2H
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MoS2相比，电子在1T
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MoS2材料上表现出金属传输行为，电导率比2H
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MoS2高5个数量级[Eda.G.K,Yamaguchi.H,Chhowalla.M,et al.,Photoluminescence from Chemically Exfoliated MoS2.Nano Letters,2011,11,5111
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5116]，极大地促进了电极材料中的电子转移。1T
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MoS2在HER电催化、锂氧电池、光电化学、锂硫电池和超级电容器等多领域表现出优异性能，受到了业界广泛关注。然而，1T
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MoS2在热力学上是亚稳态的，在中等温度下可以自发转化为2H
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MoS2。此外，在传统方法制备1T
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MoS2的过程中涉及碱金属嵌入或剥离，条件苛刻、工艺复杂且耗时[Lukowski.M.A,Daniel.A.S,Jin.S,et al.Enhanced Hydrogen Evolution Catalysis from Chemically Exfoliated Metallic MoS
2 Nanosheets.Journal of the American Chemical Society,2013,135,10274
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10277]。因此，发展1T
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MoS2材料的实用制备策略对于电解水制氢极具意义。
[0004]异质界面诱导2H
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MoS2相变为1T
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MoS2的策略是一种有吸引力的方法。理论研究表明，异质界面可以触发界面中的电子转移，从而可以调节电子状态并提高催化性能。因此，开发一种具有异质界面结构的纳米催化剂在电催化产氢方面具有重要应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：析氢反应电流密度低及过电位高的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术目的是提供一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂及其制备方法与应用。所述催化剂中独特的1T
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MoS2和NiS异质界面结构有
利于活性位点的暴露及电子传输。
[0007]本专利技术的目的是通过以技术方案实现的：
[0008]一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)合成Ni纳米片骨架：将乙酰丙酮镍溶解在含有N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)、1
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正丁胺和去离子水的混合溶液中，在室温下超声搅拌，形成均匀溶液；然后将上述溶液转移到一个50mL的对位聚苯(PPL)内衬反应釜中，置于烘箱，在180～220℃下反应36～72h；待反应结束后，通过离心收集灰黑色粉末，用去离子水洗涤，然后60～80℃真空干燥8～12h，得到Ni纳米片骨架；
[0010](2)合成1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂：1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂是由上述Ni纳米片作为骨架，通过添加硫源和钼源进一步原位生长反应得到的。具体为：取一定量的Ni纳米片，钼源，硫源分散在一定比例的乙醇和去离子水的混合溶液中，在室温下超声搅拌，形成均匀溶液；然后将上述溶液转移到一个50mL的聚四氟乙烯内衬反应釜中，置于烘箱，在160～200℃下反应12～36h，反应升温速率为1～4℃/min；待反应结束后，通过离心收集灰黑色粉末，用去离子水洗涤，然后60～80℃真空干燥8～12h，得到1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂。
[0011]进一步地，步骤(1)所述1
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正丁胺是形貌控制剂，它的有无决定了是否成功合成Ni纳米片。
[0012]进一步地，步骤(1)所述混合溶液中乙酰丙酮镍的质量浓度为2.0～6.0g/L。
[0013]进一步地，步骤(1)所述N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)、1
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正丁胺和去离子水的混合溶液的体积比为DMF:1
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正丁胺:水＝18:1:6、19:1:5、20:1:4、21:1:3、22:1:2。
[0014]进一步地，步骤(1)所述超声搅拌的超声频率为32～40kHz，超声搅拌的时间为30～60min。
[0015]进一步地，步骤(1)所述离心处理的转速为8000～10000r/min。
[0016]进一步地，步骤(2)所述钼源为三氧化钼(MoO3)、钼酸钠、钼酸铵、七水钼酸钠的其中一种或几种；所述硫源为硫氰化钾(KSCN)、硫脲、L
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半胱氨酸的其中一种或几种；步骤(2)所述Ni纳米片和钼源的摩尔比为0.5:1.5、1:1、1.5:0.5；硫源是过量的，其摩尔量是钼源的2～3倍。
[0017]进一步地，步骤(2)所述乙醇和去离子水的混合溶液的体积比为V
乙醇
:V
水
＝1:9、2:8、3:7、4:6。
[0018]进一步地，步骤(1)所述反应釜中PPL内衬填充比为5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)合成Ni纳米片骨架：将乙酰丙酮镍溶解在含有N,N
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二甲基甲酰胺、1
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正丁胺和去离子水的混合溶液中，在室温下超声搅拌，形成均匀溶液；然后将上述溶液转移到对位聚苯内衬反应釜中，置于烘箱中反应；待反应结束后，通过离心收集灰黑色粉末，用去离子水洗涤，然后真空干燥，得到Ni纳米片骨架；(2)合成1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂：将Ni纳米片，钼源，硫源分散在乙醇和去离子水的混合溶液中，在室温下超声搅拌，形成均匀溶液；然后将上述溶液转移到聚四氟乙烯内衬反应釜中，置于烘箱中反应；待反应结束后，通过离心收集灰黑色粉末，用去离子水洗涤，然后真空干燥，得到1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂。2.根据权利要求1所述的一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合溶液中乙酰丙酮镍的质量浓度为2.0～6.0g/L。3.根据权利要求1所述的一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述N,N
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二甲基甲酰胺、1
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正丁胺和去离子水的混合溶液的体积比为N,N
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二甲基甲酰胺:1
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正丁胺:水＝18:1:6、19:1:5、20:1:4、21:1:3、22:1:2。4.根据权利要求1所述的一种用于电催化析氢的1T
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MoS2/NiS异质界面结构催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述超声搅拌的超声频率为32～40kHz，超声搅拌的时间为30～60min，步骤(1)所述置于烘箱中反应的温度为180～220℃，反应的时间为36～72h；步骤(1)所述离心处理的转速为8000～10000r/min；步骤(1)所述真空干燥的温度为60～80℃，真空干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅志勇，韦何磊，梁振兴，谭爱东，向志朋，万凯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：