一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法，包括以下步骤：S1、将碳布放置在炉中，通入氩气与氢气；S2、将炉加热到1000℃，保持一定时间；S3、关闭氩气通入甲烷气体持续一定时间；S4、关闭甲烷气体与氢气，炉冷却至室温获得半成品；S5、将一定摩尔比的Co(CH3COO)2·

【技术实现步骤摘要】
一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及催化剂
，尤其是一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]因制备过程清洁、廉价，电解水技术被认为是一种制备高纯度氢气和氧气的有效方法。目前，贵金属及其化合物由于其高导电性和良好的催化性能，被认为是优异的电解水催化剂。但是，贵金属地壳储量少、循环稳定性差等严重制约了其大规模应用。因此，设计和合成地壳储量丰富、结构稳定的非贵金属基电催化剂迫在眉睫。
[0003]因良好的催化活性，金属硫化物(如二硫化钼)在电解水领域被认为是替代贵金属催化剂的优异材料。
[0004]目前，众多科研人员通过不同方法合成二硫化钼及其复合物并探究其电解水性能。但是，二硫化钼缓慢的催化动力及较差的催化稳定性严重限制了其大规模的应用。
[0005]此外，二硫化钼基电催化剂在碱性电解液中的析氧活性有待进一步提高。因此，急需寻找一种有效提高二硫化钼的催化性能的制备方法，尤其是电解水析氧性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中的不足，提供了一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法及其应用，使用简易湿化学法制备双金属硫化物/三维石墨烯异质结构以提高二硫化钼的电解水催化性能。
[0007]二硫化钴作为一种优良的析氧电催化剂，将二硫化钴引入二硫化钼中构建双金属硫化物异质结构是增强二硫化钼催化行为的潜在策略。
[0008]制备双金属硫化物异质结构的优点如下：(1)具有高导电性的二硫化钴可以提高二硫化钼的电荷转移性能；(2)具有优越的析氧活性的二硫化钴可以提高二硫化钼的析氧性能；(3)二硫化钴和二硫化钼之间形成的异质结构可以促进界面电荷转移，增强结构稳定性；(4)将二硫化钴引入二硫化钼可以调节二硫化钼的电子结构，优化水裂解过程中的吸附能。综上所述，将不同摩尔比的二硫化钴注入二硫化钼中，以调节二硫化钴和二硫化钼之间的界面微环境，是优化二硫化钼催化行为的有效策略，但目前，系统调节二硫化钴和二硫化钼之间的界面微环境并研究其电解水性能未有相关报道。
[0009]在本研究中，我们利用一种简单的水热法在三维石墨烯上成功地生长了双金属硫化物纳米花。为了显著提高二硫化钼的催化性能，我们将不同摩尔比的二硫化钴与二硫化钼结合，以调节二硫化钴和二硫化钼之间的界面微环境。优化后的样品在碱性电解液中电流密度为10mA cm
‑2时，表现出较小的电解水电压(1.55V)。更重要的是，理论计算表明，二硫化钴与二硫化钼的结合可以大大优化电解水过程中的吸附能。我们的研究结果不但证明界面调控是提高催化剂催化活性的有效策略，而且证实了双金属硫化物/三维石墨烯异质结构是一种廉价、高效的电解水催化剂。
[0010]具体制备方法如下：
[0011]一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、将碳布放置在炉中，在炉中通入氩气与氢气；
[0013]S2、将炉从室温加热到1000℃，并在1000℃保持0.5
‑
1.5小时；
[0014]S3、关闭氩气，并在炉中通入甲烷气体，持续20
‑
50分钟；
[0015]S4、关闭甲烷气体与氢气，并将炉冷却至室温，获得半成品；
[0016]S5、将0.05
‑
0.5mmol Co(CH3COO)2·
4H2O、0.125
‑
2.5mmol MoNa2O4·
2H2O和1
‑
5mmol NH2SCNH2混合在10
‑
30mL去离子水中，磁力搅拌0.2
‑
0.4小时；
[0017]S6、将步骤S4中的半成品的部分或全部和步骤S5中的混合物转移到高压反应釜中，在100
‑
300℃条件下反应16
‑
30小时；
[0018]S7、用去离子水和/或乙醇清洗样品若干次；
[0019]S8、将步骤S7中清洗后的样品在50
‑
70℃的烘箱中干燥6
‑
10小时，得到双金属硫化物/三维石墨烯异质结构。
[0020]上述方案中，优选的，步骤S1中，碳布的尺寸为6cm
×
6cm，碳布放置于炉的中心位置处；氩气与氢气的气流比为4：1。
[0021]上述方案中，优选的，步骤S1
‑
S4中炉为管式炉。
[0022]上述方案中，优选的，步骤S2中，炉从室温加热到1000℃的时间小于等于30min；炉中温度达到1000℃后保持1小时。
[0023]上述方案中，优选的，步骤S3中，关闭氩气和通入甲烷气体同时进行；持续时间为30分钟；甲烷与氢气气流比为3：1。
[0024]上述方案中，优选的，步骤S5中，Co(CH3COO)2·
4H2O与MoNa2O4·
2H2O的摩尔比为0.1:1或0.2：1或0.3：1或0.4：1；NH2SCNH2的量为3mmol；去离子水的量为20mL；搅拌时间为0.5小时。
[0025]上述方案中，优选的，步骤S6中，半成品的尺寸为2cm
×
2cm；高压反应釜为不锈钢高压反应釜；高压反应釜内的温度为200℃；反应时间为24小时。
[0026]上述方案中，优选的，步骤S7中，分别用去离子水和乙醇清洗样品，清洗次数为各3次。
[0027]上述方案中，优选的，步骤S8中，烘箱为真空烘箱；烘箱内的温度为60℃；干燥时间为8小时。
[0028]双金属硫化物/三维石墨烯异质结作为催化剂的应用。
[0029]本专利技术的有益效果是：
[0030]本专利技术结合化学气相沉积法与水热法成功制备了双金属硫化物/三维石墨烯异质结构催化剂；催化剂结构表征结果证明其拥有纳米花状结构；受益于分层纳米花结构可以提供大的表面积并提供充足的电荷转移途径，石墨烯可以提高电导率，将适量的二硫化钴与二硫化钼结合可以调控催化剂的界面微环境，调节催化剂的电子结构；二硫化钴和二硫化钼之间形成的异质结构可以促进界面电荷转移速率。
附图说明
[0031]图1为MSGr，CMSGr
‑
2，CMSGr
‑
3和CMSGr
‑
4的XRD谱图。
[0032]图2为制备的CMSGr电催化剂的XPS谱图(a)Co 2p；(b)Mo 3d；(c)S 2p；(d)C 1s。
[0033]图3为CMSGr
‑
3催化剂SEM图。
[0034]图4为MSGr催化剂SEM图。
[0035]图5为CMSGr
‑
1催化剂SEM图。
[0036]图6为CMSGr
‑
2催化剂SEM图。
[0037]图7为CMSGr
‑
4催化剂SEM图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将碳布放置在炉中，在炉中通入氩气与氢气；S2、将炉从室温加热到1000℃，并在1000℃保持0.5
‑
1.5小时；S3、关闭氩气，并在炉中通入甲烷气体，持续20
‑
50分钟；S4、关闭甲烷气体与氢气，并将炉冷却至室温，获得半成品；S5、将0.05
‑
0.5mmol Co(CH3COO)2·
4H2O、0.125
‑
2.5mmol MoNa2O4·
2H2O和1
‑
5mmol NH2SCNH2混合在10
‑
30mL去离子水中，磁力搅拌0.2
‑
0.4小时；S6、将步骤S4中的半成品的部分或全部和步骤S5中的混合物转移到高压反应釜中，在100
‑
300℃条件下反应16
‑
30小时；S7、用去离子水和/或乙醇清洗样品若干次；S8、将步骤S7中清洗后的样品在50
‑
70℃的烘箱中干燥6
‑
10小时，得到双金属硫化物/三维石墨烯异质结构。2.根据权利要求1所述的一种双金属硫化物/三维石墨烯异质结的制备方法，其特征在于：步骤S1中，碳布的尺寸为6cm
×
6cm，碳布放置于炉的中心位置处；氩气与氢气的气流比为4：1。3.根据权利要求1所述的一种双金...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱永腾，张芳芳，严攀庭，刘礼莉，仇一禾，王惠程，黄伟豪，华烨宁，章雯锞，司徒彬欣，金姝慧，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：发明
国别省市：