[发明专利]一种中空二硫化钼/三氧化钼花球状异质结构纳米材料、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种中空二硫化钼/三氧化钼（MoS₂/MoO₃）花球状异质结构纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1）将四硫代钼酸铵、脲和水合肼分散于N,N‑二甲基甲酰胺中以形成均质溶液；2）将步骤1）所得溶液移入反应釜，于160－240℃反应8－10h；3）反应结束后，自然冷却至室温，固液分离，沉淀经洗涤、干燥即得中空MoS₂/MoO₃花球状异质结构纳米材料。本发明中空MoS₂/MoO₃花球状异质结构纳米材料能显著提高催化剂的析氢（HER）性能。

技术领域

本发明属于无机纳米材料化学及电化学技术领域，具体涉及一种中空二硫化钼/三氧化钼（MoS₂/MoO₃）花球状异质结构纳米材料、制备方法及其在提高催化剂析氢性能方面的应用。

背景技术

自21世纪以来，能源和环境问题日益突出，发展清洁型新能源越来越引起人们的重视。氢能由于具有燃烧热值高、用途广、环境友好等优点，被誉为最具发展潜力的清洁能源。因此，人们进行了不懈的努力来寻求可持续和有效的方法制备氢气。电催化析氢反应和光催化析氢反应被认为是最重要、最有效的产生氢气的途径。铂等贵金属被认为是迄今为止最有效的析氢反应（HER）催化剂。但是，高的价格和有限的资源在很大程度上阻碍了贵金属基催化剂的应用。因此，开发高效、低成本和高丰度的析氢反应催化剂迫在眉睫。

近年来，二维过渡金属硫化物片层结构，尤其二硫化钼（MoS₂）由于具有优异的HER催化性能和低成本，成为最有希望的非贵金属催化剂。MoS₂具有类石墨的层状结构，而且其片层越薄，比表面积越大、吸附能力越强、反应活性和催化性能也会相应提高。因此，我们深入研究了用于电催化析氢方面的非铂电化学催化剂。例如，Xie等人（Xie J, Zhang H, LiS, et al., Advanced Materials, 2013, 25, 5807）在2013年的报告中显示的MoS₂纳米粒子表现出突出的电催化活性在电催化析氢方面，其电催化活性非常接近于Pt/C。通过在导电基材（例如石墨烯纳米片，Cu₇S₄和多孔Au）上加载催化剂，掺杂处理（例如N掺杂的MoS₂和C掺杂的MoS₂），以及增加MoS₂的活性位点等。催化剂将应用于水裂解电催化剂活动边缘的曝光。而在这当中，Xu等人（Xu J, Cui J, Guo C, et al., Angewandte Chemie, 2016,128，6612）以Cu₇S₄为基底，并将其用作MoS₂的导电固体载体。在电化学测试中，这种纳米框架在206mV的超电势下的电流密度达到200mA cm ^-2。在这中间Cu₇S₄基底改善了MoS₂的活性，提高了其电化学性能。

但是，二硫化钼结构完整，暴露的活性边缘位点少，影响其作为析氢反应催化剂的性能。为了适应商业应用的要求，研究者需要对MoS₂的结构进行调控和优化，包括减少层数、增加暴露活性位点等。氧化钼（MoO_x）具有较好的光催化活性和较好的HER催化性能，并且成本较低、环境友好等，常被用作催化剂方面的研究。但其导电率低、循环稳定性弱，影响催化剂的性能。因此，制备MoS₂和MoO_x复合催化剂将会为提高催化剂的析氢性能开辟一条有效路线。

发明内容

本发明目的在于开辟新途径，提供一种中空MoS₂/MoO₃花球状异质结构纳米材料、制备方法及其在提高催化剂的析氢性能方面的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：