[发明专利]一种用于碱性电催化析氢的空心异质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于碱性电催化析氢的空心异质材料及其制备方法，该方法通过溶液法制备出Mo‑MOF前驱体，然后依次采用第一步热处理碳化法、第二步热处理硫化法，最终得到氮掺杂碳的MoS₂@Mo₂C空心异质结构材料；所述MoS₂@Mo₂C空心异质结构材料整体形貌为由极薄的碳层结构包裹而成的透明管状结构、透明管状结构表面均匀分布MoS₂@Mo₂C复合材料组成的空心纳米颗粒。该方法原料易得、通过溶剂热法和简单的两步热处理过程即可获得异质纳米材料，制备过程简单、操作方便，容易实现大规模生产；同时，该方法得到的空心异质材料两相之间接触紧密、结构稳定，在碱性电催化析氢过程中具有优异的催化效果、导电性能好。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料和能源开发、储存技术领域，具体涉及一种用于碱性电催化析氢的空心异质材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着人类社会的发展和全球人口的快速增长，人们对能源的需求急剧增加。此外，随着煤炭，石油和天然气等化石能源的的有限储存以及其消耗引起的环境污染问题已经对我们社会的可持续发展造成极大挑战，可循环利用和环境友好型新能源的开发已成为全球研究的重点。在许多新能源中，氢作为一种新型的高效、清洁和高利用价值能源而备受关注；在产氢过程中，电催化剂作为电催化析氢的重要组成部分之一、对氢的释放效率具有很大影响。目前金属元素的铂（Pt）基仍然是最先进的析氢反应（HER）催化剂；但是由于其成本高昂、数量稀少，无法进行大规模生产，因此，迫切需要开发过电位低、且地球上储量丰富的电解水催化剂来改善反应动力学和水电解效率。

目前大多数HER电催化剂在酸性条件下比碱性条件更有效，因为电催化剂的HER过程在碱性介质中效率较低与电催化剂表面上水的缓慢解离过程有关，但电解水在碱性电解槽中进行时，碱性电解液具有容易获得且性能持久的优点；目前HER仍常在碱性条件下进行。但是，目前合成复合材料仍存在在碱性介质中催化活性低和稳定性差等问题，因此，设计一种性能优异、成本低廉、稳定性好的析氢催化剂是当前高速发展社会所面临的重大挑战之一。

二硫化钼 (MoS₂) 是一种典型的过渡金属二硫化物，具有十分类似石墨烯的结构及性能。由于 MoS₂层与层之间通过范德华力结合，允许通过插层在层间引入外来的原子或分子，同时可以剥离或直接合成得到单层或多层类石墨烯纳米片的结构，表现出不同于石墨烯的性能。研究表明，二维层状结构的 MoS₂是一种有前途的新能源电极材料，可作为电化学储锂和储镁的电极材料。近年来，纳米级的 MoS₂在电、光、析氢催化等领域展现出诸多优异的性能，在新型功能纳米材料以及器件等领域也表现出广阔的应用前景，已成为当前相关领域的研究热点。但是MoS₂在碱性环境中的催化作用较弱，一方面，MoS₂在碱性电解液中缓慢的吸附和解离动力学是由其固有结构特征决定的；另一方面，在范德华力的作用下，MoS₂在制备过程中很容易形成块状结构，导致其电导率极低，且影响了活性位点的暴露和电子传输效率。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于碱性电催化析氢的空心异质结构材料，该材料主要由MoS₂@Mo₂C的复合材料组成，该材料对碱性电催化析氢具有很好的催化效果，同时结构稳定、导电性能好。

本发明的另一个目的在于提供一种用于碱性电催化析氢的空心异质材料的制备方法，该方法操作简单、方便，采用的材料成本低廉、易获得，可进行批量、大规模生产。

本发明的目的通过以下技术方案实现：