[发明专利]纳米多孔镍-二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种纳米多孔镍‑二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法及应用。将分别通过水热法制备的二硫化钼/石墨烯(MoS₂/RGO)和氢氧化镍[Ni(OH)₂]混合，然后进行退火处理可制备出纳米多孔镍‑二硫化钼/石墨烯(NPNi‑MoS₂/RGO)复合材料。具体方法如下：a、根据改进的Hummers方法制备氧化石墨；b、通过水热法制备MoS₂/RGO；c、通过水热法制备Ni(OH)₂粉末；d、将Ni(OH)₂与MoS₂/RGO混合均匀后置于管式炉中，在Ar/H₂气氛下退火，Ni(OH)₂被还原成NPNi，制得NPNi‑MoS₂/RGO复合材料。该复合材料作为析氢反应(HER)的催化剂，表现出优异的催化性能，起始电势为85mV，在相同的电流密度下，与同条件制得的MoS₂、MoS₂/RGO和NPNi‑MoS₂相比，具有明显的优势。本发明还可以拓展到其它催化剂的设计，为发展高效、低成本的催化剂提供了新的思路。

技术领域：

本发明涉及纳米多孔镍-二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法及其作为催化剂在析氢反应中的应用。

背景技术：

氢气具有较高的能量密度和环境友好的优势，被广泛地认为是最有应用前景的能量载体之一。铂(Pt)是最有效的析氢反应(HER)催化剂，但资源稀少以及成本较高严重地限制了它的应用。近年来，大多数关于HER的研究集中在寻找一种可以替代Pt的，资源丰富的材料作为催化剂。在众多可替代Pt的催化剂中，二硫化钼由于其独特的结构特性和适当的吸氢自由能，引起了人们广泛的关注。

二硫化钼作为一种高效的、有望替代Pt的HER催化剂，已经得到了理论模拟和实验结果的证实。但是，二硫化钼的发展仍然受到了严峻的挑战，主要是因为：(1)二硫化钼的活性位置少，主要集中在边缘，表面不能得到充分的利用；(2)二硫化钼本身的导电性比较差。为了改善二硫化钼的催化性能，国内外科研人员进行了大量的研究，取得了一些成果。根据文献报道，通过尺寸以及形貌调控、金属掺杂、制造硫空位等方法可以增加二硫化钼的活性位置，提高其催化性能；通过将二硫化钼与导电性较好的材料复合，如石墨烯、三维多孔金属、氮掺杂的碳纳米纤维等可以改善二硫化钼的导电性，加快电化学反应速率，提高其催化性能。上述方法对于提高二硫化钼的催化性能来说是非常有效的，但是提高幅度还不够。具有独特的三维多孔结构的纳米多孔镍和石墨烯都有较大的比表面积和良好的导电性，将二者与二硫化钼进行复合，在改善二硫化钼导电性的同时，还能抑制二硫化钼堆垛，增加其活性位置，从而有效地提高二硫化钼的催化性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结合水热法和热处理的纳米多孔镍-二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法及应用。在该复合材料中，石墨烯具有良好的导电性，并且能够抑制二硫化钼团聚，使其均匀地分布在石墨烯的表面，有效地减小了电化学反应过程中的电荷转移电阻；纳米多孔镍能够提高催化剂的催化活性，其独特的三维多孔结构还为H⁺的传输提供了更多的通道，进一步提高了析氢反应速率。该复合材料作为析氢反应的催化剂，表现出优异的催化性能，具有一定的应用前景。本发明还可以拓展到其它催化剂的设计，为发展高效、低成本的催化剂提供了新的思路。

本发明上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种纳米多孔镍-二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a、根据改进的Hummers方法合成氧化石墨；