负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂及其制备方法与应用。该制备方法首先分别制备镍掺杂二硫化钼(Ni

【技术实现步骤摘要】
负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电催化
，具体涉及负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]工业革命以来，大量化石能源被开采利用，造成有毒气体的排放以及巨大的能源缺口，人们需要开发出其他绿色能源来实现社会的可持续发展。氢气作为一种极具潜力的绿色能源载体，其能量密度高达1.2
×
105kJ/kg，通过电解水的阴极还原反应——氢气析出反应(HER)来制取氢气是一种高效，绿色的方法。催化剂达到10mA/cm2的电流密度所需要的过电位(η
10
)是衡量HER催化剂的重要指标，η
10
越小，说明材料的HER性能越优秀。目前，主流的HER电催化剂是Pt基催化剂(如20％Pt/C)。然而，有限的地球储量，较高的工业成本限制了Pt基催化剂在工业上的大规模应用。因此，制备出廉价的，具有高催化性能的HER电催化来取代Pt是目前的研究热点之一。
[0003]作为一种过渡族金属硫化物，二硫化钼(MoS2)具有与石墨烯类似的二维层状结构。自从研究人员通过计算发现MoS2边缘不饱和配位的钼具有极小的氢吸附自由能后，该材料便受到广泛的关注和研究。然而，MoS2极差的导电性、较小的层间距以及催化位点少等因素严重阻碍了其HER性能表现。近年来研究发现过渡金属掺杂，比如钴、铁等，可以有效的在MoS2基面上创造更多的催化活性位点。中国专利申请一种钴掺杂二硫化钼电催化材料及其制备方法与应用公开了利用一步水热法制备出钴掺杂MoS2。该材料制备简单，但是该材料η
10
仍然较大；在另一方面非金属掺杂，比如硒，可以有效的增加MoS2的缺陷，并提高其导电性。中国专利申请原位负载硒掺杂二硫化钼/过渡金属硼化物纳米材料的制备及应用公开了一种硒掺杂MoS2与过渡金属硼化物的复合材料，该材料虽然具有较好的电催化性能，但是制备过程繁琐，且高温气固相硒化过程产生的尾气会造成一定的环境污染。目前，利用简单方法制备出具有高催化活性且廉价的MoS2基催化剂用于电催化析氢仍然是一项巨大挑战。

技术实现思路

[0004]为了解决二硫化钼催化活性位点少，导电性差，电催化析氢性能较差的问题，本专利技术的目的在于提供负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂及其制备方法与应用。本专利技术所制备的负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂HER性能较好，制备方法成本低廉，操作简单，对于制备其他MoS2基催化剂具有参考意义。
[0005]在本专利技术中，通过2步反应，制备出负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼，操作简单，实验成本较低，所制备的催化剂在碱性环境下具有优异的HER性能，对于电解水制氢的工业化生产具有参考价值。
[0006]本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)碳纸预处理：将购买到的碳纸剪裁成长方形状，并依次在丙酮，无水乙醇和去离子水中超声，去除碳纸表面的杂质和有机物，得到洗净碳纸。
[0009](2)镍掺杂二硫化钼(Ni
‑
MoS2)的制备：将钼源、硫源和镍源依次加入去离子水中，搅拌均匀后，将溶液与洗净碳纸一起转移至聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，并放入烘箱中进行水热反应，待反应结束后，将碳纸洗涤、干燥，获得负载在碳纸上的Ni
‑
MoS2。
[0010](3)NaHSe溶液的制备：在惰性气氛中，将硒粉和硼氢化钠加入无水乙醇中，充分反应后，加入去离子水稀释，继续搅拌至溶液变为酒红色，该溶液即为NaHSe溶液。
[0011](4)溶剂热硒化：将步骤(2)中的负载在碳纸上的Ni
‑
MoS2放入聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，将步骤(3)获得的NaHSe溶液转移至聚四氟乙烯内衬中，放入烘箱进行溶剂热反应。反应结束后，将碳纸取出洗涤干净，干燥。得到负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂。
[0012]进一步地，步骤(1)所述长方形的尺寸为1cm
×
3cm。
[0013]进一步地，步骤(1)中，碳纸依次在丙酮，无水乙醇和去离子水中超声的时间分别为10
‑
20分钟。
[0014]进一步地，步骤(2)所述钼源为钼酸钠、钼酸铵、钼酸钾中的一种以上；步骤(2)所述硫源为硫脲；步骤(2)所述镍源为六水合氯化镍、六水合硝酸镍、乙酰丙酮镍中的一种以上。
[0015]进一步地，步骤(2)中，钼源的物质的量和加入水的体积之比为0.03125
‑
0.04000mol/L。
[0016]进一步地，步骤(2)所述钼源、硫源和镍源的摩尔比为1:(4
‑
6):(0.1
‑
0.2)，步骤(2)所述钼源的加入量为0.8
‑
2.0mmol。
[0017]进一步地，步骤(2)所述水热反应的时间为18
‑
24h，步骤(2)所述水热反应的温度为190
‑
210℃。
[0018]进一步地，步骤(2)所述碳纸洗涤是用去离子水洗3
‑
6次；步骤(2)所述干燥是在60
‑
80℃鼓风干燥箱中干燥6
‑
18小时。
[0019]进一步地，步骤(3)中，硒粉的物质的量与加入无水乙醇的体积之比为0.020
‑
0.025mol/L。
[0020]进一步地，步骤(3)所述硒粉与硼氢化钠的摩尔比为1:(1
‑
1.3)。
[0021]进一步地，步骤(3)所述加入无水乙醇的体积为20
‑
25mL；步骤(3)所述加入去离子水的体积为10
‑
20mL。
[0022]进一步地，步骤(3)中，所述惰性气氛为氮气或氩气的气氛。
[0023]进一步地，步骤(4)所述溶剂热反应的温度为180
‑
210℃；步骤(4)所述溶剂热反应的时间为3
‑
5h。
[0024]进一步地，步骤(4)所述将将碳纸取出洗涤干净是用去离子水洗3
‑
5次；步骤(4)所述干燥是在60
‑
80℃鼓风干燥箱中干燥6
‑
18h。
[0025]本专利技术提供所述制备方法制备得到的负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂。
[0026]本专利技术还提供所述负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂在电催化HER反应
中的应用。
[0027]进一步地，所述负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂作为工作电极，汞
‑
氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，1.0M氢氧化钾溶液作为电解液，在三电极体系中进行电催化析氢反应(HER)。
[0028]本专利技术具有如下优点和有益效果：
[0029](1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)碳纸预处理：将碳纸依次在丙酮，乙醇溶液和水中超声，去除碳纸表面的杂质和有机物，得到洗净碳纸；(2)镍掺杂二硫化钼(Ni
‑
MoS2)的制备：将钼源、硫源和镍源依次加入水中，搅拌均匀后，得到混合溶液，将步骤(1)洗净碳纸放入混合溶液中进行水热反应，反应结束后，将碳纸洗涤、干燥，获得负载在碳纸上的Ni
‑
MoS2；(3)NaHSe溶液的制备：在惰性气氛中，将硒粉和硼氢化钠加入无水乙醇中搅拌，充分反应后，加入水，继续搅拌获得NaHSe溶液；(4)溶剂热硒化：将步骤(2)中的负载在碳纸上的Ni
‑
MoS2放入步骤(3)获得的NaHSe溶液中进行溶剂热反应，待反应结束后，将碳纸取出洗涤，干燥，得到负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂。2.根据权利要求1所述负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述钼源为钼酸钠、钼酸铵、钼酸钾中的一种以上；步骤(2)所述硫源为硫脲；步骤(2)所述镍源为六水合氯化镍、六水合硝酸镍、乙酰丙酮镍中的一种以上。3.根据权利要求1所述负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述钼源、硫源和镍源的摩尔比为1:(4
‑
6):(0.1
‑
0.2)，步骤(2)中钼源的物质的量和加入水的体积之比为0.03125
‑
0.04000mol/L。4.根据权利要求1所述负载在碳纸上的镍硒共掺杂二硫化钼催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述水热反应的温度为190
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【专利技术属性】
技术研发人员：余宇翔，单译弘，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：