具有近红外光热增强的电催化制氢作用的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有近红外光热增强的电催化制氢作用的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构的制备方法，通过两步水热法和电化学沉积法构建了雪花状的硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构，确定了的硫化亚铜加入质量为45毫克的硫化亚铜/硫化钼复合材料是性能最好的催化剂，它在近红外辐照下显示出光热增强的电催化析氢性能。在电化学沉积少量的铂后，铂纳米颗粒和硫化钼纳米片之间形成了肖特基势垒，进一步增强了复合材料的光热效应和析氢性能。硫化亚铜/硫化钼/铂作为电催化剂可在近红外辐照的辅助下实现78 mV(@10 mV cm

Preparation method of snowflake shaped cuprous sulfide / molybdenum sulfide / platinum heterostructure with near-infrared photothermal enhanced electrocatalytic hydrogen production

【技术实现步骤摘要】
具有近红外光热增强的电催化制氢作用的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有近红外光热增强的电催化制氢作用的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构的制备方法，涉及近红外下产生的光热效应增强硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物的析氢技术，属于硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物修饰玻碳电极的制备


技术介绍

[0002]大量碳的排放导致的环境问题目前在世界已经引起了大量的关注。中国已正式决定减少化石燃料的使用，大力发展清洁能源，从而减少碳排放。氢能作为清洁能源的重要成员之一，其具有的高热值和零碳排放的特点在过去几年中得到了极大的关注。新型的氢气生产和储存技术已经吸引了越来越多的关注，并成为热点研究课题。除了依赖化石燃料的工业过程，电化学和光电化学分解水产氢是一种经济且绿色的生产途径。然而，目前铂基等贵金属催化剂价格昂贵，急需一种廉价、高效且稳定的电催化剂作为替代产品。寻找高效的非贵金属催化剂或降低贵金属的使用量成为了目前开发新型催化剂的重点内容。同时，磁或热辅助也成为进一步提高催化制氢效率的新的解决方案。
[0003]金属硫化物，包括硫化钼(MoS2)、硫化钨(WS2)和硫化铜(CuS
x
)，已经被广泛应用于产氢催化剂。其中，基于MoS2和Cu2S的复合材料已被证实是优秀的产氢电催化剂，因为其具有较低的析氢过电位。同时一些材料可以将近红外光能量转化为热能，包括聚合物、贵金属纳米颗粒、金属硫化物和金属氧化物。其中，硫化钼和硫化亚铜具有优秀的光热效应，可用于光热治疗、水净化以及光催化降解。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种具有近红外光热增强的电催化制氢作用的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构的制备方法。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：一种具有近红外光热增强的电催化制氢作用的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将2~6毫摩尔二水合氯化铜和6~10毫摩尔硫脲加入60~80毫升乙二胺溶液中，在磁力搅拌下混合2~4小时，得到第一混合溶液；(2)将经步骤(1)得到的第一混合溶液装入100 毫升特氟隆不锈钢反应器，在60℃~100℃的烘箱中加热8~10小时，随后自然冷却至室温；(3)将步骤(2)所得产物分别用水和乙醇离心洗涤若干次，在60℃真空烘箱中干燥8~12小时，得到雪花状硫化亚铜；(4)将60~100毫克四硫代钼酸铵加入由40~60毫升二甲基甲酰胺和20~30毫升去离子水组成的混合液中，超声分散30分钟，得到第二混合溶液；(5)将45毫克经步骤(3)得到的雪花状硫化亚铜加入经步骤(4)得到的第二混合溶液中，超声分散30分钟，磁力搅拌30分钟，得到第三混合溶液；
(6)将经步骤(5)得到的第三混合溶液装入100毫升特氟隆不锈钢反应器中，在200~210℃的烘箱中加热18~22小时，随后自然冷却至室温；(7)将步骤(6)所得产物分别用水和乙醇离心洗涤若干次，在60℃真空烘箱中干燥8~12小时，得到雪花状硫化亚铜/硫化钼复合物；(8)称取2~10毫克由步骤(7)所得的雪花状硫化亚铜/硫化钼复合物粉末，加入至离子水、乙醇和全氟磺酸树脂组成的混合液中，得到第四混合溶液；将第四混合溶液超声混匀，取3~6微升滴涂在洁净的玻碳电极表面，在室温下干燥30分钟；(9)将经步骤(8)处理后的玻碳电极连接到由饱和甘汞参比电极和石磨棒对电极共同组成的三电极体系中，以0.5摩尔/升硫酸和0.001摩尔/升六水合氯铂酸组成的混合物作为电解液，在0 V (SCE)的电位下进行电沉积50~150秒，制得雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物。
[0006]步骤(3)中，溶液离心条件为6000~9000转/分钟，洗涤次数为4~6次。
[0007]步骤(7)中，溶液离心条件为8000~9000转/分钟，洗涤次数为4~6次。
[0008]一种雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物在酸性条件下析氢性能的检测方法，包括以下步骤：a)称取2~10毫克权利要求1制备得到的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物粉末，加入至由去离子水、乙醇和全氟磺酸树脂组成的混合液中，将混合液超声混匀，滴涂在洁净的玻碳电极表面，在室温下干燥；b)将经步骤a)处理后的玻碳电极与饱和甘汞电极和石墨棒对电极组成三电极体系；c)将三电极体系放入置于0.5 ~1 M硫酸溶液中，分别在黑暗和近红外光两种不同条件下，以线性扫描伏安法确定石墨烯
‑
硫化钼/氧化钼复合物光电催化析氢性能，并制得硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物在酸性条件下不同光下的过电位图；在近红外光辐照的情况下，雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物的析氢性能有明显的增强。
[0009]步骤a) 中，去离子水的体积为0.5~1.1毫升，乙醇的体积为0.1~0.3毫升，全氟磺酸的体积为20~80微升。
[0010]步骤c)中，线性扫描伏安法的电位范围为
‑
0.8~0.1V。
[0011]本专利技术在近红外下可产生光热效应从而增强析氢作用的硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物为高效电催化析氢材料的设计提供了一条新思路。
[0012]相对于现有技术，本专利技术取得了以下有益效果：1、步骤5)中的硫化亚铜的用量过高过低都不利于电催化析氢的反应，本专利技术采用45毫克硫化亚铜制得得复合物硫化亚铜/硫化钼/铂获得了最好得电化学析氢性能。
[0013]2、步骤c)中，在近红外光辐照的情况下，硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物的析氢性能有明显的增强。
[0014]本专利技术通过两步水热法和电化学沉积法构建了雪花状的硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构。确定了的硫化亚铜加入质量为45毫克的硫化亚铜/硫化钼复合材料是性能最好的催化剂，它在近红外辐照下显示出光热增强的电催化析氢性能。在电化学沉积少量的铂后，铂纳米颗粒和硫化钼纳米片之间形成了肖特基势垒，进一步增强了复合材料的光热效应和
析氢性能。硫化亚铜/硫化钼/铂作为电催化剂可在近红外辐照的辅助下实现78 mV(@10 mV cm
‑2)的低过电位。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例1的硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物的扫描透射电镜图。
[0016]图2为本专利技术实施例2的硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物的X射线衍射图。
[0017]图3为本专利技术实施例3的硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物在0.5摩尔/升的硫酸中电极表面在近红外光照射下表面温度随着时间增长的变化曲线。
[0018]图4为本专利技术实施例4的硫化亚铜/硫化钼/铂纳米复合物在碱中不同光条件下过电位图。
具体实施方式
[0019]结合具体实施例进一步说明石墨烯
‑
硫化钼/氧化钼复合物的制备。
[0020]实施例1：(1)将2毫摩二水合氯化铜和6毫摩硫脲加入60毫升乙二胺溶液中，在磁力搅拌下混合2小时，得到第一混合溶液；(2)将经步骤(1)得到的第一混合溶液装入100 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有近红外光热增强的电催化制氢作用的雪花状硫化亚铜/硫化钼/铂异质结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将2~6毫摩尔二水合氯化铜和6~10毫摩尔硫脲加入60~80毫升乙二胺溶液中，在磁力搅拌下混合2~4小时，得到第一混合溶液；(2)将经步骤(1)得到的第一混合溶液装入100 毫升特氟隆不锈钢反应器，在60℃~100℃的烘箱中加热8~10小时，随后自然冷却至室温；(3)将步骤(2)所得产物分别用水和乙醇离心洗涤若干次，在60℃真空烘箱中干燥8~12小时，得到雪花状硫化亚铜；(4)将60~100毫克四硫代钼酸铵加入由40~60毫升二甲基甲酰胺和20~30毫升去离子水组成的混合液中，超声分散30分钟，得到第二混合溶液；(5)将45毫克经步骤(3)得到的雪花状硫化亚铜加入经步骤(4)得到的第二混合溶液中，超声分散30分钟，磁力搅拌30分钟，得到第三混合溶液；(6)将经步骤(5)得到的第三混合溶液装入100毫升特氟隆不锈钢反应器中，在200~210℃的烘箱中加热18~22小时，随后自然冷却至室温；(7)将步骤(6)所得产物分别用水和乙醇离心洗涤若干次，在60℃真空烘箱中干燥8~12小时，得到雪花状硫化亚铜/硫化钼复合物；(8)称取2~10毫克由步骤(7)所得的雪花状硫化亚铜/硫化钼复合物粉末，加入至离子水、乙醇和全氟磺酸树脂组成的混合液中，得到第四混合溶液；将第四混合溶液超声混匀，取3~6微升滴涂在洁净的玻碳电极表面，在室温下干燥30分钟；(9)将经步骤(8)处理后的玻碳电极连接到由饱和甘汞参比电极和石磨棒对电极共同组成的三电极体系中，以0.5摩尔/升硫酸和0.001摩尔/升六水合氯铂酸组成的混合物作为电解液，在0 V (SCE)的电位下进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娅，胡朗，王宏归，姜晓豪，杨馨，雍紫馨，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：