[发明专利]一种外延生长MoSe2–XnSem异质纳米结构的液相方法

说明书

技术领域

本发明属于低维功能固体MoSe₂-X_nSe_m异质纳米结构的制备技术领域，具体涉及一种外延生长MoSe₂-X_nSe_m异质纳米结构的液相方法。

背景技术

电催化析氢反应是应对二十一世纪能源危机的一种重要能源解决途径，过渡金属硫属化合物(MX₂,M＝MoorW,X＝SorSe)由于价格便宜、储量丰富，被认为是最有前景的能取代贵金属铂的析氢反应电催化剂之一。MX₂的结构主要是由6配位的中心原子M夹在上下两层硫原子之间，形成S-M-S三原子层，这种三原子层再通过弱范德华作用力相互堆叠，形成层状晶体。据美国《科学》杂志(Science，2007年317卷100-102页)和英国《自然材料》杂志(NatureMaterials，2013年12卷850-855页)的实验研究结果表明，二硫化钼、二硒化钼等有着类似结构化合物的催化活性位点位于其层状结构的边缘，而决定电催化剂性能优劣的另一个关键因素是催化剂本身的电子传导能力。MX₂这类化合物块材的比表面积小，催化活性位点少，并且由于其自身的半导体特性，电子传导能力弱，这两点限制了其析氢催化性质的提升。

目前制备纳米结构的MX₂有两类方法，一是自下而上法，比如化学气相沉积法，缺点是制备成本高、工艺控制复杂。二是自上而下法，其中包括1)溶剂超声剥离法，缺点是剥离程度和剥离效率低；2)锂离子插层法，缺点是耗时、制备条件严格；3)微机械力剥离法，缺点是制备规模小和可重复性较差。

另外，通过外延生长的方法来设计制备复合材料能兼顾两种或者多种材料的优点，改善其功能，但传统的气相外延方法例如化学气相沉积依赖于昂贵的生长系统和高温等反应条件，制备成本高、工艺控制复杂。

发明内容

本发明是为了优化材料性能，解决现有异质外延合成方法中所存在的问题，提供一种MoSe₂-X_nSe_m异质纳米结构的低成本、反应条件温和、环境友好的液相制备方法，旨在探索新的异质外延合成方法、提高产物电催化析氢反应的性能。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明首先公开了外延生长MoSe₂-X_nSe_m异质纳米结构的液相方法，包括如下步骤：

第一步、合成MoSe₂纳米薄片

将钼的化合物和硒的化合物在有机胺的反应介质中230～320℃反应5～360min，获得MoSe₂纳米薄片的分散液；

第二步、在MoSe₂纳米薄片表面外延生长X_nSe_m纳米晶

将含有金属X的化合物和硒的化合物溶解在有机胺中，然后注入到第一步所获得的MoSe₂纳米薄片的分散液中，于200～320℃反应5～60min；反应结束后，洗涤产物，即得MoSe₂-X_nSe_m异质纳米结构，其中X为Ni、Cd、Pb或Bi；当X为Ni、Cd或Pb时，n＝m＝1；当X为Bi时，n＝2，m＝3。

优选的，第一步中钼的化合物中的钼元素和硒的化合物中的硒元素的摩尔比为1：1.8～2.2；第二步中当X为Ni、Cd或Pb时，含有金属X的化合物中的X元素和硒的化合物中的硒元素的摩尔比为1：0.8～1.2；当X为Bi时，含有金属X的化合物中的X元素和硒的化合物中的硒元素的摩尔比为1：1.4～2；第二步中注入的含有金属X的化合物中的X元素与第一步中加入的钼的化合物中的钼元素的摩尔比在1：0.5～10之间。

优选的，所述钼的化合物选自乙酰丙酮氧钼、六羰基钼、三氧化钼、钼酸铵、钼酸钾或钼酸钠中的一种或多种；第一步和第二步的硒的化合物各自独立地选自二苄基二硒、二苯基二硒、硒粉、亚硒酸钾、亚硒酸钠或二氧化硒中的一种或多种；第一步和第二步的有机胺各自独立地选自油胺、十八胺或十六胺中的一种或多种。