[发明专利]一种MoS

说明书

本发明属于电催化析氢技术领域，涉及一种二硫化钼/还原氧化石墨烯‑碳化氮（MoS₂/rGO‑CN）复合材料的制备方法及其应用。本发明首先将氧化石墨加入去离子水，加入三聚氰胺后超声溶解形成胶质溶液，水热法制备还原氧化石墨烯‑碳化氮气凝胶，再以四硫代钼酸铵作为钼源和硫源、N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂，溶剂热反应制得。本发明所公开的还原氧化石墨烯‑碳化氮气凝胶制备方法简单，产率高；采用一步溶剂热法制备MoS₂/rGO‑CN，成本低、重复性高、易于大规模合成。所得MoS₂/rGO‑CN复合材料减少了二硫化钼的堆积，增加活性位点数量，与rGO‑CN复合提高了MoS₂导电性及活性面积，应用于电催化析氢反应时表现出优异的催化性能，在电流密度为10 mA•cm^‑2时过电位为203mV，塔菲尔斜率为48 mV•dec^‑1。

技术领域

本发明属于电催化析氢技术领域，涉及析氢电催化材料的制备方法，特别涉及一种二硫化钼/还原氧化石墨烯-碳化氮（MoS₂/ rGO-CN）复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

随着经济的发展及全球能源危机的加剧，不可再生的化石能源仍然是主要的能源消耗方式，同时也造成了环境污染问题，人们致力于寻找新型的绿色、可持续能源。其中氢气作为一种能源，来源比较广泛且燃烧产物是水，无其他污染物，引起越来越来多的关注。在氢气的生产中，电解水制氢是一种高效、方便和有前途的制备氢气的方法。然而，需要高效电催化剂进行氢析出反应（HER），以提供低电位的高电流。到目前为止氢能源的主要来源是水，而水中产生氢气的高效催化剂是基于金属铂及铂族元素。然而，它们的高成本和稀有的储备限制其广泛应用。因此，开发高效廉价的水分解新型电催化剂具有重要意义且具有挑战性。

二硫化钼具有与石墨烯类似的二维层状的结构，其通过弱范德华力相互作用显示出硫-钼-硫层，大量工作表明二硫化钼是一种有希望的电催化剂，其中氢析出反应的主要活性源于二硫化钼的硫边缘。但是由于二硫化钼容易团聚堆积形成体相结构，从而影响其电催化析氢性能。以还原氧化石墨烯-碳化氮为基底，还原氧化石墨烯可以提供大的导电基底，而且碳化氮可以提供大量的活性位点和碳氧键、碳氮键、氮氧键有机活性基团，这有利于在还原氧化石墨烯-碳化氮表面原位引入其他材料。

目前还没有报道二硫化钼/还原氧化石墨烯-碳化氮复合电催化剂在酸性条件下的电催化析氢性能的研究。

发明内容

为了解决二硫化钼容易堆积，导电性差等缺点，提高其电催化析氢活性，本发明的目的在于公开了一种二硫化钼/还原氧化石墨烯-碳化氮复合析氢电催化材料的制备方法。

一种二硫化钼/还原氧化石墨烯-碳化氮复合材料的制备方法，包括如下步骤：

A、以天然鳞片石墨为原料，用Hummers法将其氧化得到氧化石墨；

B、氧化石墨加入去离子水，超声分散后加入三聚氰胺再次超声溶解后形成胶质溶液，其中氧化石墨、去离子水与三聚氰胺的质量体积比为30～50 mg：10～20 mL：17～37mg，将所述胶质溶液移至聚四氟乙烯内衬反应釜中，置于100～140℃保温4～8 h，冷却至室温后冷冻干燥，得到黑色物质；再将黑色物质转入瓷舟，转移至程序升温管式炉中在惰性气体保护下煅烧1～4 h，待自然冷却至室温后，取出，即得到还原氧化石墨烯-碳化氮(rGO-CN)；优选氧化石墨、去离子水与三聚氰胺的质量体积比为45 mg：15 mL：27 mg，120℃保温6h，惰性气体保护下煅烧2h；