【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料与电化学催化，具体涉及一种具有双内建电场的cos/mos2异质结催化材料的制备方法。
技术介绍
1、由于化石燃料的枯竭和环境污染的增加，迫切需要可持续且环境友好的可再生能源。氢被认为是一种优秀的替代能源载体，因其具有高能量密度、纯度、环境友好和可持续性。电催化水分解作为一种特殊而清洁的可再生能源技术，已成为生产高纯度氢的方法。然而，然而，由于阳极端的氧气析出反应(oer：4oh-→o2+2h2o+4e-，1.23v vs.rhe)的多质子耦合电子转移反应动力学缓慢和理论电位高，导致目前碱性电解槽需要高电压(>1.8v)驱动，制备的氢气成本高，难以大规模推广应用。然而，近年来的研究表明，可以利用热力学上更有利的小分子电氧化反应(如尿素、甲醇、乙醇、乙二醇、甘油、甲酸、5-羟甲基糠醛、肼等)来替代析氧反应，以提高电化学效率。这种思路为解决电效率问题提供了一种开创性的方案。与上述小分子电氧化反应相比，硫氧化反应具有较低的热力学氧化电位(sor，s2-＝s+2e-，-0.48v vs.rhe)。此外，由于硫化钠试剂广泛应用于造纸、皮革制造、染色和印刷等行业，导致废水中s2-浓度较高。s2-通常被认为是腐蚀性和有毒的污染物，需要适当的处理才能去除或回收。因此，将硫氧化反应与析氢反应(her)构建电化学转化单元是一种低能耗、高效的能够同时实现产氢和硫回收的极具前景的策略。最近，人们为开发高性能的硫氧化反应电催化剂付出了相当大的努力，如非贵金属、金属氧化物、金属硫化物和金属硒化物都被作为催化剂进行研究，然而，它们在
2、电催化反应涉及一系列复杂的步骤，包括反应物和产物的吸附和解吸，以及表面的电子转移。因此，催化剂的电催化活性在很大程度上取决于其表面电子结构。一种可行的策略是通过界面工程来制备具有新组分和新结构的催化剂。界面改性方法可以暴露更多的活性位点，优化电子环境，调整催化反应中间体的吸附，促进电子和物质的转移。在异质结基催化剂中，肖特基催化剂由金属或类金属材料和半导体组成，已成为一种很有前途的下一代催化剂，可应用于光催化、电催化和有机合成等各种应用领域。由于它们具有不同的功函数，电子可以自发地流过异质界面，形成明显的富电子和缺电子区域。这样就形成了一个内部电场，优化了中间体的吸附行为，并促进了质量扩散效率。然而，目前的肖特基催化剂通常只包含一个单一的内置电场。为了获得双内置电场，需要引入第三种材料。这增加了催化剂设计的复杂性和成本。但是，通过梯度分布和分层结构设计，可以在不增加材料类型的情况下创建一个双内置电场。这种方法可以促进更多的富电子和缺电子区域，为调节催化活性提供更多的可能性。因此，这种基于梯度分布和分层结构设计的双内置电场策略为催化剂的性能提供了新的思路。
3、因此，我们通过反常规的“形貌破碎策略”构建了具有双内建电场的硫化钴/硫化钼核壳异质结构催化剂(cos/mos2)，其具有纳米颗粒/纳米片/微米颗粒的多尺度分级结构。cos和mos2功函数的差异在分层界面上产生了双内建电场，可以极大地优化催化中间体的吸附行为，减少了催化反应中的能垒。cos/mos2催化剂对her和sor催化反应表现出优异的电催化性能。
技术实现思路
1、本专利技术所述的一种通过反常规的“形貌破碎策略”构建的cos/mos2异质结催化材料的制备方法。cos和mos2功函数的差异在分层界面上产生了双内建电场，可以极大地优化催化中间体的吸附行为，减少了催化反应中的能垒。该材料可作为her和sor反应的催化剂应用于氢气生产和环境保护方面，具有很高的催化活性和优异的耐久性。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的:
3、一种具有双内建电场的cos/mos2异质结催化材料的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将co(no)3·6h2o、nh4f和尿素溶于去离子水中，并持续搅拌，倒入去离子水的反应釜中并加入碳布；
5、s2、将上述混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中，加热反应后取出，自然冷却；
6、s3、将所述制得的基板分别使用去离子水、乙醇清洗，然后置于烘箱中烘干；
7、s4、将na2moo4·2h2o和ch4n2s溶于去离子水中，并持续搅拌，转移至聚四氟乙烯反应釜内衬中，加入所制备的基板，加热进行反应，取出反应釜，自然冷却至室温；
8、s5、将所制备的基板分别使用去离子水、乙醇清洗，然后置于烘箱中烘干，得到负载在碳布基板上的cos/mos2异质结催化剂。
9、可选地，步骤s1中所述co(no)3·6h2o的物质的量在0.5～6mmol范围，所述nh4f的物质的量在2～8mmol范围，所述尿素的物质的量在1～15mmol范围，所述去离子水的体积在40～75ml范围。
10、可选地，步骤s2所述水热反应的反应温度在80℃至200℃范围内，反应时间在2h至24h范围内。
11、可选地，步骤s4中所述na2moo4·2h2o的物质的量早0.5～8mmol范围，所述硫脲物质的量在2～20mmol范围，所述去离子水的体积在40～75ml范围，所述水热反应的反应温度在100℃至200℃范围内，反应时间在2h至48h范围内。
12、可选地，步骤s4中所述的ch4n2s可被na2s·9h2o、硫代乙酰胺、l-半胱氨酸等硫源所替代。
13、本专利技术另一目的在于提供一种具有双内建电场的cos/mos2异质结催化材料，采用上述所述cos/mos2异质结催化材料的制备方法制得。
14、可选地，所述cos/mos2异质结催化材料的形貌为负载在碳布基板上的具有“卷心菜”微米花形貌，所述微米花尺寸在3μm至6μm范围内。
15、本专利技术第三目的在于提供一种如上所述的具有“卷心菜”微米花形貌的cos/mos2异质结催化材料在析氢反应、硫氧化反应以及水裂解催化领域中的应用。
16、相对于现有技术，本专利技术提供的具有“卷心菜”微米花形貌的cos/mos2异质结催化材料及其制备方法与应用具有以下优势：
17、1、本专利技术采用可控的两部水热法，通过控制金属/硫源比例、水热温度、水热时间等工艺参数，利用反常规的“形貌破碎策略”制备出了具有梯度分层结构的金属硫化物催化剂，其显示出纳米颗粒/纳米片/微米颗粒的多尺度分级结构。
18、2、cos和mos2功函数的差异在分层界面上产生了双内建电场，可以极大地优化催化中间体的吸附行为，减少了催化反应中的能垒。该材料可作为her和sor反应的催化剂应用于氢气生产和环境保护方面，具有很高的催化活性和优异的耐久性。
19、3、本专利技术条件温和，基于异质结构，采用可控的水热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.CoS/MoS2异质结催化剂，是一种通过反常规的“形貌破碎策略”构建的，具有纳米颗粒/纳米片/微米颗粒的多尺度分级结构且具有双内建电场。
2.根据权利要求1所述的CoS/MoS2异质结催化材料，其制备方法包括有以下步骤：
3.根据权利要求2所述的CoS/MoS2异质结催化材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，Co(NO)3·6H2O的物质的量为0.5～6mmol，NH4F的物质的量为2～10mmol，尿素的物质的量为1～15mmol，去离子水的体积为40～75mL。
4.根据权利要求2所述的CoS/MoS2异质结催化材料的制备方法，其特征在于步骤2)中高温加热反应的温度为80～200℃，反应时间为2～24h。
5.根据权利要求2所述的CoS/MoS2异质结催化材料的制备方法，其特征在于步骤4)中Na2MoO4·2H2O的物质的量为0.5～8mmol，硫脲的物质的量为2～20mmol，去离子水的体积为40～75mL，高温加热反应温度为100～200℃，反应时间为2～48h。
6.根据权利要求2所述的CoS/MoS2异质
7.根据权利要求2所述的CoS/MoS2异质结催化材料的制备方法，其特征在于步骤4)所述的硫源还可被Na2S·9H2O、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸等所替代。
8.根据权利要求1所述的“形貌破碎策略”，该策略指的是本方法中所述钴的前驱体(碱式碳酸钴)具有纳米线形貌。在一定的温度时间下进行水热硫化，其纳米线形貌会迅速发生破坏，会形成CoS纳米级颗粒和微米级颗粒，微米颗粒作为内核，会负载后形成的MoS2纳米片，而体系中纳米级硫化钴颗粒则会负载在硫化钼纳米片上，最终形成CoS纳米颗粒/MoS2纳米片/CoS微米颗粒的多尺度分级结构且具备双内建电场。
...【技术特征摘要】
1.cos/mos2异质结催化剂，是一种通过反常规的“形貌破碎策略”构建的，具有纳米颗粒/纳米片/微米颗粒的多尺度分级结构且具有双内建电场。
2.根据权利要求1所述的cos/mos2异质结催化材料，其制备方法包括有以下步骤：
3.根据权利要求2所述的cos/mos2异质结催化材料的制备方法，其特征在于步骤1)中，co(no)3·6h2o的物质的量为0.5～6mmol，nh4f的物质的量为2～10mmol，尿素的物质的量为1～15mmol，去离子水的体积为40～75ml。
4.根据权利要求2所述的cos/mos2异质结催化材料的制备方法，其特征在于步骤2)中高温加热反应的温度为80～200℃，反应时间为2～24h。
5.根据权利要求2所述的cos/mos2异质结催化材料的制备方法，其特征在于步骤4)中na2moo4·2h2o的物质的量为0.5～8mmol，硫脲的物质的量为2～20mmol，去离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：王兆阳，高凯文，王麒钧，刘毅峰，郭静慧，钱宇，王海人，
申请(专利权)人：武汉森宁开源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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