[发明专利]铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料及其制备方法和在电催化水制氢中的应用

说明书

本发明涉及铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料及其制备方法和在电催化水制氢中的应用。是以碳布为导电基体，MoS₂纳米片为催化中心，Re为助剂，制得的铼掺杂硫化钼材料呈现纳米片状有序垂直排列于碳布表面而获得的铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料Re‑MoS₂/CC。该Re‑MoS₂/CC复合材料制备方法简单，且有较高的电催化活性和实际应用性。

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，特别涉及一种Re-MoS₂/CC复合材料及其制备方法和在电催化水制氢中的应用。

背景技术

近年来，化石燃料日益枯竭，且环境问题逐日加剧。氢能因其可持续、清洁和绿色的特点，被认为是一种有希望替代化石燃料的可再生能源。在制氢方法中，电解水制氢因其工艺简单、效率高而被认为是大规模工业制氢最有效的方法。铂是电解水制氢析氢效果非常好的催化剂。然而，由于铂价格高、储量有限，在实际应用受到极大的限制。

MoS₂具有类似于金属铂的氢吸附自由能，自发现MoS₂具有独特的电解水制氢催化活性以来，科学界普遍认为MoS₂是一种极具潜力的贵金属催化剂替代者。然而2H相的MoS₂相邻层间分子间范德华力较强，电子移动受限，从而导致其较差的电化学性能。而1T′-MoS₂以一种亚稳定态存在，很容易转化为稳定的2H相的MoS₂。此外，MoS₂暴露的活性位点和惰性基底平面不足，阻碍了其用作电解水制氢的催化剂。因此，对MoS₂进行改性，增加其电子电导率并最大化其活性位点的数量已成为关注的重点。例如，已经制造出具有阶梯状表面结构不连续的MoS₂垂直片材，以解决稀缺的活性位点的问题。构建了强耦合的MoS₂-CNT纳米复合材料，以通过加速电子传输来加速HER。

发明内容

近期研究发现ReS₂具有典型1T相性质，实验和理论研究均表明它是一种优良的析氢催化剂。基于以上问题，本发明构建了一种Re-MoS₂/CC复合材料，期望同时改善MoS₂电子传导性差和活性位点稀缺两大问题。以碳布为导电基体，促进了复合材料的电子迁移率，Re为助剂，得到有序垂直排列于碳布上的纳米片层，从而暴露出更多的活性位点，有效提升了MoS₂电催化析氢性能。

本发明的目的是利用简单水热法合成垂直排列于碳布上的Re掺杂MoS₂纳米片。改善MoS₂导电性差、活性位点少及电子传导性差的特点，得到具有高HER催化活性的Re-MoS₂/CC复合材料。

本发明是通过如下技术方案实现的：铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料，是以碳布为导电基体，MoS₂纳米片为催化中心，Re为助剂，制得的铼掺杂硫化钼材料呈现纳米片状，有序垂直排列于碳布表面，从而获得的铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料Re-MoS₂/CC。

进一步的，上述的铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料，按摩尔比，nMo：nRe＝50-200:1。

铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将碳布洗涤后，进行亲水处理；

2)取钼源、铼源和硫源，用去离子水搅拌溶解后，加入步骤1)处理好的碳布，室温下震荡吸附6-12h，然后将混合物转移至聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，在200℃的温度下反应24h，冷却后洗涤干燥，得铼掺杂硫化钼纳米片/碳布复合材料Re-MoS₂/CC。

进一步的，上述的制备方法，步骤1)，所述亲水处理是：将洗涤后的碳布置于HAPBI