[发明专利]具有手风琴结构的石墨烯-二硫化钼/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种具有手风琴结构的石墨烯‑二硫化钼/二氧化钛复合材料的制备方法及其应用。该复合材料是按照以下步骤进行制备：a、根据改进的Hummers方法制备氧化石墨；b、通过酸刻蚀法制备层状Ti₂C；c、通过水热法制备rGO‑MoS₂/Acc‑TiO₂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90mV，塔菲尔斜率为49.5mV dec^‑1，与同条件制得的Ti₂C、MoS₂和MoS₂/Acc‑TiO₂相比具有明显的优势。最重要的是，该复合材料经过150000圈循环伏安测试后，电流密度几乎没有衰减，并且在200000s计时电位测试后，电位衰减仅有5％，具有广阔的应用前景。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。

技术领域：

本发明涉及一种具有手风琴结构的石墨烯-二硫化钼/二氧化钛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：

氢能具有能量密度高以及环境友好的优势，被视为最具发展潜力的清洁能源。电化学析氢反应作为一种高效的制氢手段受到广泛的关注。二硫化钼具有独特的物理、化学性质，近年来一直是能源领域研究的热点，凭借其适当的吸氢自由能，更是广泛应用于析氢反应的研究中。但是，二硫化钼作为析氢反应的催化剂还存在一些问题，主要在于：(1)二硫化钼的活性位置集中在其层状结构的边缘位置，但由于容易堆垛，使其活性位置不能充分的暴露；(2)二硫化钼自身的导电性较差。

为了提高二硫化钼的催化性能，科研人员进行了大量的研究，取得了一定的成果。根据文献报道，通过调控尺寸、制造多孔结构、掺杂异质原子、添加基底等方法可以增加二硫化钼的活性位置，提高其催化活性；通过与导电性能较好的材料进行复合，如碳材料、三维多孔金属等，可以改善二硫化钼的导电性，加快电化学反应速率。上述方法对于提高二硫化钼的催化性能是非常有效的，但是提高幅度仍然有限。具有独特手风琴结构的二氧化钛基底不仅为活性物质提供了大量附着位点，还有利于物质传输及电荷转移，石墨烯可以改善导电性。将二者与二硫化钼进行复合，并调控二硫化钼的生长方向，使其垂直生长在二氧化钛基底表面，可以最大化暴露活性位点，并使二硫化钼与基底紧密结合，从而综合提高催化剂的电化学催化活性以及稳定性。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有手风琴结构的石墨烯-二硫化钼/二氧化钛复合材料的制备方法及应用。该复合材料结合刻蚀法和水热法制得，其中的石墨烯具有良好的导电性，能够有效减小电化学反应过程中的电荷转移电阻，加快电化学反应速率；具有独特的手风琴结构的二氧化钛基底不仅为活性物质提供了大量的附着位点，还有利于物质传输和电荷转移；垂直生长在基底表面的二硫化钼最大化暴露了活性位点，并与基底紧密结合。该复合材料提供了一种具有全新结构的二氧化钛基底，同时成功调控了二硫化钼的生长方向，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：

一种具有手风琴结构的石墨烯-二硫化钼/二氧化钛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；

b、通过酸刻蚀法制备层状Ti₂C，首先将2.8～3.2g Ti₂AlC溶于30～50ml质量分数为5％～20％的HF，得到的溶液机械搅拌9～12h后，分别用去离子水清洗2～6次、乙醇清洗1～3次，得到的黑色沉淀放入40～80℃真空干燥箱中保温10～14h，得到Ti₂C；