[发明专利]一种铼基硫氧化物复合纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种铼基硫氧化物复合纳米材料及其制备方法和应用，属于催化材料制备技术领域，具体涉及一种ReS₂‑ReO₃复合纳米材料及其制备方法，以及在电催化析氢反应中的应用。本发明利用氧等离子在ReS₂纳米片阵列表面原位氧化，生成片状ReS₂表面均匀分布的ReO₃颗粒，形成的ReS₂/ReO₃异质结构可以为析氢反应提供更多且催化效率更高的活性位点。本发明提供的具有ReS₂/ReO₃异质界面的硫氧化物复合纳米材料电极在电解水的阴极析氢反应中表现出高催化活性与持续电解稳定性，且其成本较低，合成工艺简单，易于规模化生产。

技术领域

本发明属于催化材料制备技术领域，具体涉及一种ReS₂-ReO₃复合纳米材料及其制备方法，以及在电催化析氢反应中的应用。

背景技术

氢燃料电池产业的发展使得绿色高产制氢成为上游重点产业，匹配光电、风电等可再生能源系统的电解水制氢技术为高效低成本的规模化制氢提供了一种相当可行的方案。电解水制氢技术的关键技术瓶颈在于高活性高稳定性的电催化剂，包括阴极析氢催化剂和阳极析氧催化剂。传统析氢催化剂以铂贵金属基材料为主，成本高昂，为平衡成本、性能之间的关系，开发新型非贵金属基催化剂对技术进步与应用具有重要意义。

以MoS₂为代表的二维材料凭借独特的二维片状结构为新型催化剂的热门材料。然而大部分二维材料大面积的平面位点活性太差，为增加活性位点，进一步提高二维材料的性能，研究人员采用多种技术方案。例如：Zhou等(ACS Nano 2018,12,4486-4493)报道了一种富含缺陷的ReS₂催化剂，通过缺陷对催化位点电子态的调控在147mV实现了10mA cm^-2的电流密度；Meng等(Nano Energy 2019,61,611–616)报道了一种Co掺杂的三维结构MoS₂石墨烯复合材料，在三维结构和电子作用下在143mV实现了10mA cm^-2的电流密度；通过类似的方法Gao等通过将ReS₂和石墨烯复合，在250mV过电位下实现了5.2mA cm^-2的电流密度(RareMet.2018,12,1014–1020)；Bolar等(Appl.Catal.B:Environ.2019,254,432-442)报道了一种V掺杂的MoS₂粉末用于电催化析氢，在194mV实现了10mA cm^-2的电流密度；Wang等(Small2020,16,1905738)报道了一种O和P共掺的MoS₂纳米片材料，在约240mV实现了10mA cm^-2的电流密度。

尽管研究人员做了很多努力且取得很大进步，但是材料活性仍不能满足更高效的使用要求。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种铼基硫氧化物复合纳米材料及其制备方法。本发明利用氧等离子在ReS₂纳米片阵列表面原位氧化，在片状ReS₂表面生成均匀分布的ReO₃颗粒，形成的ReS₂/ReO₃异质结构可以为析氢反应提供更多且催化效率更高的活性位点。本发明提供的具有ReS₂/ReO₃异质界面的硫氧化物复合纳米材料电极在电解水的阴极析氢反应中表现出高催化活性与持续电解稳定性，且其成本较低，合成工艺简单，易于规模化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：