[发明专利]一种过渡族金属化合物析氢薄膜及射频反溅改性制备方法

说明书

本发明涉及电催化析氢技术领域，具体涉及一种过渡族金属化合物析氢薄膜，包括基底层和析氢催化层，所述析氢催化层设置在所述基底层的表面，所述析氢催化层为过渡族金属硫化合物、过渡族金属硒化合物和过渡族金属碲化合物中的一种所形成的薄膜，通过射频反溅产生的被离化的Ar等离子体随机辐照样品产生刻蚀效果，形成整个析氢薄膜平面内的随机刻蚀，使得析氢薄膜的催化活性得到显著提高。

技术领域

本发明涉及电催化析氢技术领域，具体涉及一种过渡族金属化合物析氢薄膜及射频反溅改性制备方法。

背景技术

近些年，由于对能源和环境保护的需求不断增加，氢能作为一种绿色高热值能源燃料受到了极大的关注。电解水制氢通常使用贵金属Pt作为催化剂，主要是因为Pt具有较低的析氢过电位和HER的快速动力学。然而，Pt的高成本和低稳定性等问题严重阻碍了氢能生产的大规模商业化。因此，开发高效、稳定、廉价的可替代Pt的非贵金属催化剂具有重要意义。

许多非贵金属材料，如过渡金属硫化合物、硼化合物、氮化合物和金属合金等，已被广泛研究用于析氢催化。科学家通过实验和理论证明过渡金属硫化合物(TMDs)如WS₂的边缘S位点具有高催化活性，然而WS₂面内原子位点催化活性低，限制了电子转移能力，导致HER动力学反应缓慢。目前有两个方法可以最大程度优化WS2的催化活性。其一，可以通过增加WS2金属相比例，提高WS₂本征电导率从而增强HER活性。现在所研究的1T-WS₂，由于其具有相对于2H-WS₂较高的形成能，直接合成1T-WS₂(尤其是1T′-WS₂，形成能最高，约0.89eV，为稳态结构)面临巨大挑战。有人通过湿法化学或者剥离法可以从2H-WS₂得到1T(1T')/2H混合相的WS₂，但是通过这类方法合成的金属相在空气中不稳定，无法有效持续用于HER催化。其二，可以通过增加反应活性位点提高HER催化活性。有人通过引入金属单原子催化剂(SACs)锚定在WS₂载体上可以最大化增加金属催化剂的催化活性，提高金属原子利用率。还有人通过氩等离子体刻蚀技术有效增大了WS₂的活性比表面积，提高了活性位点数量，进而优化了HER催化。但是，通过射频反溅法刻蚀改性WS₂薄膜提高HER催化活性尚未有所报道。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提出一种过渡族金属化合物析氢薄膜，包括基底层和析氢催化层，所述析氢催化层设置在所述基底层的表面，所述析氢催化层为过渡族金属硫化合物、过渡族金属硒化合物和过渡族金属碲化合物中的一种所形成的薄膜。

优选的，所述析氢催化层为MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、MoTe₂和WTe₂中的一种材料所制成的薄膜。

优选的，所述基底层由金属或者陶瓷制成；

当基底层为金属时，金属为V、Nb、Ta、Mo、Ni、Ti、Pd、Pt、多孔不锈钢、V/Ni合金、V/Cr合金、V/Cu合金、V/Fe合金、V/Al合金、V/Co合金、V/Mo合金、V/W合金、V/Ti/Ni合金、V/Fe/Al合金、V/Mo/W合金、Nb/Ti/Ni合金、Nb/Ti/Co合金、Nb/Mo/W合金中的一种；

当基底层为陶瓷时，陶瓷为多孔氧化铝陶瓷片/管、多孔氧化锆陶瓷片/管和沸石中的一种。

一种过渡族金属化合物析氢薄膜的射频反溅改性制备方法，其特征在于，按照以下步骤：

步骤一：对基底层进行预处理；

步骤二：利用离子束对基底层表面进行清洗；