[发明专利]一种MoS2

说明书

本发明公开了一种MoS₂/NiCo₂S₄/CFP三维分级结构的制备方法，用于提高电催化析氢的效率。它是采用两步水热的方法合成，形成了以碳纤维为基体生长二维MoS₂纳米片层包裹的NiCo₂S₄纳米线阵列，利用碳纤维提高材料的导电性，并利用导电性良好的自支撑NiCo₂S₄纳米线阵列充分分散二维MoS₂纳米片层，形成了MoS₂/NiCo₂S₄/CFP三维分级结构，利用分散的MoS₂纳米片层暴露的高密度活性位点显著提高电催化析氢活性。不仅如此，整个三分级结构构型为电子的快速传递以及气体的迅速导出提供了有效通道。本发明的技术思路简单清晰，复合材料显著增加了电催化析氢效率。本发明公开了水热法制备二维材料基分层级材料及增强电催化析氢效率的技术思路。

【技术领域】

本发明属于电催化析氢领域，涉及一种MoS₂/NiCo₂S₄/CFP三维分级结构及其制备方法。

【背景技术】

环境污染和能源危机是制约当前社会快速发展的关键问题，解决环境和能源问题的一个重要手段是开发新型能源。风能、太阳能、潮汐能等环境友好型的新型能源具有不连续性和随季节变化的特性，大大限制了能源的利用率，氢能是一种拥有最高比能量密度的清洁能源，逐渐成为新型能源的重要候选者。作为氢气转换的一种重要手段，电解制氢过程制备装置简单、效率高，其中Pt族贵金属催化剂在电解制氢过程中展现出了极高的电催化活性，然而，其昂贵的价格和稀少的地壳储量使得大规模制取氢气受到了极大的限制。因此，研发高性能、低成本的电催化剂成为了学术界和工业界的研究重点。

基于二维材料的电催化剂成为近年来的研究热点。以二维过渡族金属硫族化合物中的典型代表二硫化钼(MoS₂)为例，其具有超大的比表面积、丰富的边缘悬挂键、较高的表面活性等特点。密度泛函理论(DFT)计算发现，MoS₂的边界具有可以与Pt相媲美的氢吸附自由能，实验研究工作也表明MoS₂的边缘原子相具有更高的催化活性，且层数越薄其边缘原子的析氢活性就越高。大量研究工作从理论和实验方面均为MoS₂作为高性能电催化剂的实现提供了可能。

但二维MoS₂片层在制备过程中易堆叠、易聚合以及本征的低导电性大大限制了其电催化析氢性能的发挥。碳纤维具有极高的导电性，如果将碳纤维与MoS₂纳米片层复合，可以提高材料的导电性，此外，碳纤维提供了粗糙的生长表面，在碳纤维表面生长导电性良好的自支撑NiCo₂S₄纳米线阵列结构，并以此纳米线阵列结构为生长模板生长二维MoS₂纳米片层，既可以大大提高材料整体的导电性，也可有效地分散MoS₂纳米片层，防止其堆叠和聚合，有利于暴露出更多的活性位点，极大地提升电催化析氢特性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述技术的缺点，提供一种MoS₂/NiCo₂S₄/CFP三维分级结构及其制备方法，该方法是通过两步水热法制备MoS₂/NiCo₂S₄/CFP复合材料，形成一种以碳纤维为基体生长MoS₂纳米片层包裹NiCo₂S₄纳米线阵列的分层级结构，为电子传输以及氢气的快速释放提供有效的通道，并在长时间循环工作下保证结构不塌陷，显著提高材料的电催化析氢效能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：