[发明专利]基于漆酶-磷酸铜纳米花为基底负载二硫化钼纳米片衍生的复合材料制备方法及其应用

说明书

本发明属于电催化技术领域，涉及基于漆酶‑磷酸铜(La/Cu₃(PO₄)₂)纳米花为基底负载二硫化钼(MoS₂)纳米片衍生的复合材料的制备方法。本发明以漆酶与Cu₃(PO₄)₂结合形成功能性纳米花结构基底，煅烧后通过浸渍法进行氮掺杂，利用水热法在纳米花表面原位生长二硫化钼纳米片。本发明以酶与无机金属盐为原料形成纳米花状基底，利用酶与金属离子间的相互作用固定Mo金属离子；基底表面垂直生长的MoS₂纳米片分散均匀，具有较高的活性位点分散性；三维纳米花结构具有多孔、高比表面积特性，有利于增加传质效率，提高催化动力学效率；氮、硫共掺杂的碳基底，有效提高催化剂导电性，快速的电子传递；MoS₂垂直生长于基底片层间隙，与基底稳固接触，具有较好的催化稳定性，应用于电解水析氢。

技术领域

本发明属于电催化技术领域，涉及电解水析氢催化剂的制备，具体涉及一种基于漆酶-磷酸铜(La/Cu₃(PO₄)₂)纳米花为基底负载二硫化钼(MoS₂)纳米片衍生的复合材料制备方法及其应用。

背景技术

化石能源的过度利用造成全球能源短缺，环境污染问题日益严重。氢能作为化石燃料的替代能源，具有高能量密度及零碳排放。氢气的使用有利于提升能量转换效率，能有效缓解环境污染的恶化。在工业上，氢气的需求广泛，常被用于合成氨、原油加氢裂解、甲醇合成等。然而，自然界中没有氢气存在，氢气需要从其他资源中获取。由于地球水资源储量丰富，通过电解水获得纯净的氢气的方法可降低成本，且无需高温等苛刻反应条件，制取过程中无温室气体及其他污染气体产生。

贵金属催化剂，如Pt基材料和Ir、Ru元素构成的氧化物，是目前具有高催化活性的电解水催化剂，但因其含有储量稀少且价格高昂的贵金属元素，且使用过程中会自我消耗，不适合大规模的工业合成及应用。使用具有析氢活性的过渡金属材料替代贵金属催化剂可有效降低电催化剂成本，通过引入N、P、S等杂原子可调整催化剂内部电子结构，运用不同制备方法和反应条件能调整催化材料的微观形貌结构，增加其稳定性并提升电催化剂反应活性。

过渡金属硫化物二硫化钼(MoS₂)由于结构边缘上的S原子可为反应中间体吸附提供活性位点，具有类似Pt的催化活性，被广泛应用于电解水催化剂中。但二硫化钼作为一种半导体，导电性不足阻碍了电子传输，可以通过氮掺杂和与具有导电性的基底材料复合，提升电荷与质量传输效率。另外，由于二硫化钼负载过多，会导致形貌不规则，从而严重聚集，抑制析氢反应过程中间体的吸附和脱附。

发明内容

本发明的目的在于解决电催化析氢材料MoS₂导电性不足、制备过程中存在容易聚集的问题，公开一种基于漆酶-磷酸铜纳米花(La/Cu₃(PO₄)₂)为基底负载二硫化钼(MoS₂)纳米片衍生的复合材料及其制备方法。

技术方案

一种以蛋白-无机纳米花为基底，采用水热法将二硫化钼纳米片与纳米花结构基底结合构筑电催化析氢纳米材料的制备方法。以漆酶与Cu₃(PO₄)₂结合形成功能性纳米花结构基底，煅烧后通过浸渍法进行氮掺杂，然后利用水热法在纳米花表面原位生长二硫化钼纳米片。

一种基于漆酶-磷酸铜(La/Cu₃(PO₄)₂)纳米花为基底负载二硫化钼(MoS₂)纳米片衍生的复合材料的制备方法，包括如下步骤：