[发明专利]二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片

说明书

本发明提出一种二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片，其生长于基底表面，从基底向上的第一层为单层的二硫化钨层，二硫化钨层上方至少部分覆盖有二硫化铌层，二硫化铌层的厚度为4‑6nm。本发明还提出所述二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片的制备和应用。本发明提出的NbS₂/WS₂异质结具有化学性稳定、结晶性好和高电化学活性面积等优点，该Nb_S2/WS₂异质结电化学析氢性能良好、稳定性好，可用于电解水制氢相关领域。

技术领域

本发明属于催化材料领域，特别涉及一种电化学析氢的催化材料及其制备和应用。

背景技术

煤、石油和天然气等化石燃料的使用会带来严重的环境问题，而且煤、石油和天然气的储量有限、难以再生，能源短缺是当前社会面临的重大挑战。因此，大力发展清洁可再生能源是摆在人们面前的一个重要课题。氢气具有较高的燃烧热值，而且燃烧产物只有水，是重要的清洁能源。但要实现氢能的实际利用，需要解决诸多问题，其中一个瓶颈问题是如何高效制取燃料氢。

相比于石油重整裂化制氢，水电解制氢环保且可再生，产物纯度高。但是能耗大、价格高昂，电解制氢的催化剂多使用贵金属(如Pt、Pd)，因而开发低成本且资源丰富的高效析氢催化材料成为当前的研究重点之一。近年来的研究发现，过渡金属硫化物(如MoS₂和WS₂)和氢的结合能与贵金属相近，催化活性较好，而且价格低、储量丰富，是一类非常理想的低成本析氢催化材料。

过渡金属硫化物催化制氢实际是作为电极的方式去电解水，因此催化剂的结构对催化活性有很大影响。以较低成本获得催化性能好的过渡金属硫化物催化材料，是本领域研究者面临的极大挑战。金属性过渡金属硫化物是过渡金属硫化物家族中另外一类重要的成员，基于其金属性特点，可以作为良好的电极接触，在提升过渡金属硫化物在电催化以及器件等领域的应用前景上具有重要的意义。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提出一种二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片。

本发明的第二个目的是提出所述二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片的制备方法。

本发明的第三个目的是提出所述二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片的应用。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片，生长于基底表面，从基底向上的第一层为单层的二硫化钨(WS₂)层，二硫化钨层上方至少部分覆盖有二硫化铌(NbS₂)层，二硫化铌层的厚度为4～6nm。

优选地，所述二硫化铌片为单晶，单晶的二硫化铌畴区的尺寸为1～10μmm；所述基底为蓝宝石、云母、二氧化硅中的一种。

所述的二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片的制备方法，包括步骤：

(1)以氧化钨粉体和硫粉为原料利用低压化学气相沉积的方法在基底上合成单层WS₂，

(2)以氯化铌和硫粉为原料，利用常压化学气相沉积的方法在步骤(1)得到的WS₂表面合成薄层NbS₂，从而得到二硫化钨/二硫化铌异质结纳米片。

进一步地，所述步骤(1)在三温区管式炉内进行，管式炉内气压为0.5～10Pa，氧化钨粉体、硫粉、基底所处的温度分别为90～120℃、800-900℃和800-900℃。

其中，所述步骤(1)中，管式炉内通以通有氩气和/或氢气，所述氩气的流量为10～100sccm，氢气的流量为1～10sccm，硫粉、氧化钨粉体、基底分别置于炉管内的上游、中游和下游。