[发明专利]一种液相剥离二硫化铌纳米片的应用

说明书

本发明公开了一种液相剥离二硫化铌纳米片的应用，所述二硫化铌纳米片在酸性电解液中作为电化学固氮中阴极催化剂；二硫化铌纳米片的制备方法包括：(1)将硫粉和铌粉按照化学计量比混合后加热，加热完成后自然降温，得到二硫化铌粉末；(2)将二硫化铌粉末加入到分散溶剂中，并进行超声破碎处理；(3)超声破碎处理后的悬浮液进行低速离心分离，并收集上层的悬浊液；(4)将收集所得的二硫化铌悬浊液进行高速离心，收集得到二硫化铌薄片，并进行洗涤，取沉淀物；(5)将沉淀物进行离心分离，冷冻干燥，得到液相剥离二硫化铌纳米片。本发明提供的二硫化铌纳米片作为电化学合成氨的阴极材料具有优越的电化学性能和良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种液相剥离二硫化铌纳米片的应用。

背景技术

氨作为世界上生产和消费最多的化学品之一，是制造染料，聚合物，肥料和爆炸物的重要物质，也被认为是一种有前途的绿色能源载体和潜在的运输燃料，可以应对未来的全球能源危机；电催化固氮理论上可在常温常压下进行，且以水和氮气作为原料，因此被认为是一种潜在的替代工业合成氨的技术。工业规模的合成氨主要依赖于哈伯-博施法，在高温高压的反应条件下运行并需要天然气作为氢源。其中，电化学固氮技术制备氨是解决合成氨重要手段；并且相比于哈伯-博施法，电化学固氮技术具有节能、清洁、方便的特点。

目前，电化学固氮面临的一个主要挑战是效率太低(产氨速率和法拉第电流效率)，主要是因为在常温常压下，N₂中的氮氮三键非常牢固，氮气加氢还原反应很难进行，且析氢电位和氮还原电位非常接近，析氢作为竞争反应会严重制约氮还原合成氨的效率。因此，兼顾并平衡氮活化和析氢竞争反应对于电化学固氮催化剂的设计和选择非常重要。

目前，贵金属催化剂是较为高效的电化学固氮催化剂，但是由于其成本昂贵，无法大规模的应用。而过渡金属硫属化合物因性能高效且成本可控，成为近年来电化学固氮领域的研究重点。其中，二硫化铌作为一种典型的过渡金属硫族化合物，由于其二维结构而具有独特的物理化学性质、优异的机械强度和柔韧的弹性，已经引起了广泛的关注。

然而，二维过渡金属硫属化合物用作电化学固氮少有报道，且现有的二维材料纳米片制备常采用的机械剥离法、外延生长法和氧化还原法等普遍面临操作难度大、产量低、产物品质不可控以及耗费时间长等问题，导致这些方法在工业化生产中的可行性低。如公开号为CN108325540A的中国专利文献公开了一种二硫化钨/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。该专利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。该专利提出的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NbS₂/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。

因此，开发一种简单、高效、低成本、产物品质可控又适合大规模生产应用的材料早日使电化学固氮得到广泛应用，进而解决能源危机等问题具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液相剥离二硫化铌纳米片的应用，在酸性电解液中作为电化学固氮中阴极催化剂催化活性高，并且有较高的氨产生速率和法拉第效率。

本发明提供如下技术方案：

一种液相剥离二硫化铌纳米片的应用，所述二硫化铌纳米片在酸性电解液中作为电化学固氮中阴极催化剂。

本发明中液相剥离二硫化铌纳米片在酸性电解液中作为电化学固氮中阴极催化剂，有较高的氨产生速率和法拉第效率。

所述二硫化铌纳米片的制备方法包括以下步骤：

(1)将硫粉和铌粉按照化学计量比混合后加热，加热完成后自然降温，得到二硫化铌粉末；