[发明专利]一种复合析氢电催化材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种二硫化钼‑二硫化钴/石墨烯复合析氢电催化材料及制备方法，属于电催化析氢领域。该二硫化钼‑二硫化钴/石墨烯复合析氢电催化材料主要通过以下步骤制备：先采用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯；再以二水合钼酸钠、六水合硝酸钴、硫脲、氧化石墨烯、去离子水为原料，200℃下通过一步溶剂热反应法，制备三元二硫化钼‑二硫化钴/石墨烯复合析氢电催化材料；并分析电催化析氢性能。本发明提供的制备方法具备操作简单、能耗低等特点，所用钴、钼过渡金属价格低廉，有望应用于工业生产中；此外，电催化析氢性能测试表明，所制备的二硫化钼‑二硫化钴/石墨烯复合析氢电催化材料电子传输速率大，析氢性能良好。

技术领域

本发明属于电解水制氢领域，具体涉及一种二硫化钼-二硫化钴/石墨烯复合析氢电催化材料及制备方法。

背景技术

随着能源危机及环境污染的日益加重，开发绿色能源、解决环境污染与能源危机问题是维持可持续发展的首要选择。我国主要能源为不可再生的化石燃料，能源结构单一而且化石燃料在燃烧的过程中释放的二氧化碳也是导致温室效应的元凶。目前的可再生能源主要有风能、太阳能、生物质能、氢能等。其中氢能是一种公认的理想燃料，其燃烧值是石油的3倍，最重要的是氢的燃烧产物只有水，是一种高效、清洁的能源。因此开发氢能是解决当前问题最有效的方法。

目前，含Pt贵金属催化剂是一种公认的高活性析氢电催化剂，但因其在自然界的储量很少，价格较为昂贵，所以限制了它的大规模使用。因此，开发廉价，高稳定性，高活性的非贵金属催化剂是当前首要任务。为此，非贵金属硫化物（如MoS₂、CoS₂等）、磷化物（如FeP、MoP、Co₂P等）、碳化物(Mo₂C)、氮化物等及其与载体材料（如石墨烯、碳纳米管、泡沫镍等）的复合材料等被广泛研究开发。例如，Wu等人利用溶剂热反应和进一步的磷化反应制备了MoP-RGO复合材料，该复合材料具有良好的析氢活性，但第二步的磷化反应需要900℃的高温，其过高的温度不利于节约能源，而且高温加热的过程中容易导致RGO的团聚且产率较小 (Z. X. Wu, J. Wang, J. Zhu, J. Guo, W. P. Xiao, C. J. Xuan, W. Lei, D.Wang. Electrochimica Acta. 2017, 232, 254-261）；Chen等人通过程序升温还原制备的MoP析氢催化剂，此催化剂虽具有良好的催化性能，但其繁杂的制备过程和苛刻的实验条件使得MoP的制备异常艰难，而且很难再与碳材料进行复合(X. B. Chen, D. Z. Wang, Z.P. Wang, P. Zhou, Z. Z. Wu, F. Jiang. 2014. 50. 11683-11685)。

二硫化钼（MoS₂）作为一种具有高活性的电催化析氢催化剂，其在制备过程中容易堆叠，致使较少的活性位点被暴露出来，而且在催化过程中稳定性和导电性比较差，很难在实际生产中长久循环使用，借助一种载体来帮助其分散可避免团聚、堆积。而二硫化钴（CoS₂）具有比二硫化钼更高的稳定性且具有良好的活性，将二硫化钼与二硫化钴复合可提高二硫化钼的稳定性，同时石墨烯的加入提高了复合物的导电性。