[发明专利]二维金属有机框架/二硫化钼纳米复合电催化析氢材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种二维金属有机框架/二硫化钼纳米复合电催化析氢材料，所述材料包括互相分散的二维金属有机框架纳米片M‑TCPP和二硫化钼纳米片MoS₂，其中，所述M选自Co²⁺、Ni²⁺中的至少一种，所述TCPP为5,10,15,20‑四(4‑羧基‑苯基)‑卟啉，所述M与Mo离子的摩尔比为1：0.4～8，本发明还提供了一种所述材料的制备方法；所述制备方法能够使材料表面的析氢反应活性位点增多，MoS₂的导电性增强，显著提高所述二维金属有机框架/二硫化钼纳米复合电催化析氢材料的电催化析氢性能，为开发低价格、高效率的电催化析氢催化剂提供一种新的方法。

技术领域

本发明涉及电催化析氢技术领域，具体是一种二维金属有机框架/二硫化钼纳米复合电催化析氢材料及其制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益加剧，人们正常的生活和生产已经受到严重威胁。但是，化石能源(煤、石油和天然气)一直作为世界能源的主体，它们是不可再生能源储量有限而且燃烧产物会严重污染环境。目前随着化石燃料需求量的增加和化石燃料储量的减少，人们更加迫切的需要开发绿色、高效的可再生能源。氢能被称为二十一世纪最洁净的能源，因其一系列优点，比如来源丰富、燃烧热值高、氢气燃烧后只产生水等而具有广泛的应用前景。目前最常用的制氢方法是电解水制氢和化石燃料制氢。但是化石燃料是不可再生能源，这种方法虽然可以大量制氢，但是应用前景令人担忧。水在地球的资源非常丰富，通过电解水来制氢可以说是取之不尽用之不竭的。目前，电能已经可以通过多种方式直接生产出来，成本较低。所以，电解水制氢已经可以大规模生产应用，该方法具有制氢效率高，工艺和操作过程简单，对环境没有污染等优点。电解水可以分为两个半电池反应，即析氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)和析氧反应(oxygen evolution reaction，OER)。析氧反应和析氢反应均需要使用电催化剂来降低电化学反应的过电位。过电位是指在电化学过程中，施加的电压和热力学反应电动势之间的差值。过电位越大，需要施加的外加电压越大，消耗的电能越多。所以开发一些能显著降低析氢过电位的高效析氢催化剂是非常必要的。目前，铂族贵金属是析氢效率最高的电催化剂，能够在非常接近热力学反应电动势的电压下实现析氢反应。但是，由于贵金属资源稀少，价格昂贵，无法大规模工业生产氢气。科学家们一直致力于开发一种来源丰富、具有高效的催化析氢性能的催化剂来代替铂族贵金属。在这些材料中，二维(2D)过渡金属二硫族化合物(TMD)纳米片已经成为一种令人着迷的HER电催化剂类型，具有良好的电催化析氢性能。作为典型的层状TMD材料的二硫化钼(MoS₂)纳米片最近已被广泛用作HER催化剂，其通过弱范德华相互作用显示出几个薄的S-Mo-S层。理论和实验研究均表明，MoS₂的ΔG_H*确实接近热中性，使得MoS₂可能成为一类有效的HER催化剂，因为其资源丰富、价格低廉而备受关注。但是其自身导电性差，且暴露的析氢反应活性位点相对较少，导致其电催化析氢性能还有待大的改善。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种二维金属有机框架/二硫化钼纳米复合电催化析氢材料及其制备方法，所述材料具有高的电催化析氢性能。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种二维金属有机框架/二硫化钼纳米复合电催化析氢材料，所述材料包括互相分散的二维金属有机框架纳米片M-TCPP和二硫化钼纳米片MoS₂，其中，所述M选自Co²⁺、Ni²⁺中的至少一种，所述TCPP为5,10,15,20-四(4-羧基-苯基)-卟啉，所述M与Mo离子的摩尔比为1：0.4～8。

一种所述二维金属有机框架/二硫化钼纳米复合电催化析氢材料的制备方法，包括以下步骤：