一种掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电极材料，具体涉及一种掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、面对全球能源危机和严重的环境问题，迫切需要开发成本低廉的电催化剂，以通过电解水，实现可持续廉价制氢。纳米结构mos2，由于其地球储量丰富、价格低廉、比表面积大和电子结构可调，在制氢方面受到了极大的关注。然而，mos2在电化学制氢的工业应用中受到活性位点少和导电性不好的限制。自1980年首次发现对加氢脱硫反应具有催化活性以来，在过去的几十年中，mos2由于其独特的层状结构和特殊的电子结构而逐渐引起了人们的广泛关注。理论研究表明，稳定的2h mos2的边缘mo和s位点对her催化反应具有活性，然而，层状mos2的活性边缘活性s位点的数量非常有限，大部分的面内s位点都是惰性的，无活性的。因此，合成具有更多暴露活性位点的mos2基催化剂是进一步提高其催化活性的有效途径之一。

2、mos2(molybdenum disulfide)是一种广泛研究的电催化剂，具有巨大的潜力来解决能源问题，特别是氢气生产。然而，传统的mos2存在一些限制，包括活性位点不足和导电性差。为了解决这些问题，本发明提出了一种新的方法，可以制备具有高活性位点和优异导电性的掺杂的mos2纳米材料，从而提高其在电解化析氢中的性能。

3、面对全球能源危机和严峻的环境问题，迫切需要开发成本低廉的电催化剂析氢材料，以实现可持续廉价制氢。纳米结构的mos2由于其丰富的地球储量、低廉的价格、大比表面积和可调的电子结构，成为研究的焦点。然而，传统mos2在电化学制氢的工业应用中受到活性位点少和导电性差的限制。因此，本发明提出了一种新的方法，可以制备具有高活性位点和优异导电性的掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料，从而提高其在电解化析氢中的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料及其制备方法和应用，在电解化析氢中表现出色，具有较小的电荷转移电阻和大量暴露的活性位点，实现了高效的氢气产生。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.透明溶液的制备：将钼酸盐、含硫化合物、掺杂盐溶解于溶剂中，搅拌形成均匀透明的溶液；

5、s2.ph调节：向步骤s1中的溶液中滴加酸碱调节剂；

6、s3.水热反应：将步骤s2中的溶液加入密封反应釜中，在高温高压下进行反应，过滤，洗涤，干燥，制得掺杂二硫化钼纳米材料；

7、s4.石墨烯的包覆：将步骤s3制得的掺杂二硫化钼纳米材料加入氧化石墨烯水分散液中，超声分散均匀，挥干溶剂，在水合肼蒸汽中还原，制得掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料。

8、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述钼酸盐、含硫化合物、掺杂盐的质量比为8-15：7-30：0.01-0.2。

9、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述钼酸盐选自钼酸铵、钼酸钠中的至少一种，所述含硫化合物选自硫脲、九水硫化钠中的至少一种，所述溶剂选自无水乙醇、去离子水、异丙醇、1,2-丙二醇中的至少一种。

10、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述掺杂盐选自铋酸钠、偏硅酸钠、钛酸钠、镍酸钠、铌酸钠中的至少一种。

11、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述酸碱调节剂选自乙酸、柠檬酸、酒石酸中的至少一种。

12、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述高温高压的温度为180-220℃，压力为0.2-2mpa，所述反应的时间为18-30h。

13、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述氧化石墨烯水分散液的浓度为0.2-0.5g/l，所述掺杂二硫化钼纳米材料、氧化石墨烯水分散液的质量比为3-5:100。

14、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述还原的时间为5-7h，温度为70-80℃。

15、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料。

16、本发明进一步保护一种上述掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料在制备电催化析氢材料中的应用。

17、本发明具有如下有益效果：

18、本发明提供了一种制备具有高活性位点的掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料的方法。该方法以钼酸钠或钼酸铵为原料，加入铌、镍、钛、硅、铋等掺杂用原料，再与硫脲或硫化钠在合适的溶剂(去离子水、乙醇、异丙醇、丙二醇中的一种或两种作为溶剂)下，调节好一定的酸度后，在高温高压力下进行水和反应，然后经过石墨烯包覆，制备了具有高度暴露活性位点和出色电导性的掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料。制备掺杂铌二硫化钼纳米材料，掺杂镍二硫化钼纳米材料，掺杂钛二硫化钼纳米材料，掺杂硅二硫化钼纳米材料，掺杂铋二硫化钼纳米材料等，所得掺杂二硫化钼纳米材料在电解化析氢中表现出色，具有较小的电荷转移电阻和大量暴露的活性位点，实现了高效的氢气产生。

19、本发明制备的掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料具有以下优点：

20、·高活性位点暴露：掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料具有大量暴露的活性位点，提供了充足的催化反应位点。

21、·良好的电导性：掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料具有良好的电导性，提高了电子传递效率。

22、·高效的氢气产生：在电解化析氢中表现出优异的性能，实现了高效的氢气产生。

技术特征：

1.一种掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述钼酸盐、含硫化合物、掺杂盐的质量比为8-15：7-30：0.01-0.2。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述钼酸盐选自钼酸铵、钼酸钠中的至少一种，所述含硫化合物选自硫脲、九水硫化钠中的至少一种，所述溶剂选自无水乙醇、去离子水、异丙醇、1,2-丙二醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述掺杂盐选自铋酸钠、偏硅酸钠、钛酸钠、镍酸钠、铌酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述酸碱调节剂选自乙酸、柠檬酸、酒石酸中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述高温高压的温度为180-220℃，压力为0.2-2mpa，所述反应的时间为18-30h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述氧化石墨烯水分散液的浓度为0.2-0.5g/l，所述掺杂二硫化钼纳米材料、氧化石墨烯水分散液的质量比为3-5:100。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述还原的时间为5-7h，温度为70-80℃。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料。

10.一种如权利要求9所述掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料在制备电催化析氢材料中的应用。

技术总结
本发明提出了一种掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料及其制备方法和应用，属于电极材料技术领域。包括以下步骤：S1.透明溶液的制备；S2.pH调节；S3.水热反应；S4.石墨烯的包覆。本发明制得的掺杂二硫化钼/石墨烯纳米材料均可应用在电催化析氢领域，具有较小的电荷转移电阻和大量暴露的活性位点，可实现高效制备氢气。该纳米材料可广泛应用在电催化析氢中。

技术研发人员：陈飞,徐德锋
受保护的技术使用者：江苏小芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27