[发明专利]一种钴掺杂二硫化钼原位电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种钴掺杂二硫化钼原位电极，所述的钴掺杂二硫化钼为钴均匀替代钼所形成的钴掺杂二硫化钼，钴掺杂二硫化钼的物相为2H型二硫化钼。具体制备方法是在室温下，将氯化钼溶于乙醇溶液中，再加入金属钴盐，再加入硫脲，搅拌溶解，得到Co‑Mo‑S前躯液；将上述前躯液滴涂或旋涂到基底上，70~100℃快速干燥，得到前驱膜；将步骤二中前驱膜于氩气或氮气保护中经500~800℃烧结0.5~2 h，随炉冷却取出即可得到钴掺杂二硫化钼原位电极。本发明利用Co‑Mo‑S前驱液内Co、Mo、S原子的均匀混合性和Co‑Mo‑S乙醇前驱液易均匀成膜性；利用500~800℃高温固相反应制备钴掺杂的二硫化钼。原位Co掺杂MoS₂电极生长具有相对于热解Pt电极更好的稳定性。

技术领域

本发明涉及原位电极及其制备方法，属于能量存储和转换新型材料领域。

背景技术

二硫化钼作为一类新型的二维过渡金属硫化物，因其特殊的物理化学特性，在诸多领域都成为了研究热点，例如加氢脱硫、电解水制氢、场效应晶体管、太阳能电池、传感器、锂离子电子和超级电容器等。研究表明二硫化钼的活性位点位于片层结构的边缘，而片层平面(基面)内基本是惰性的。因此，大量的研究工作都致力于缺陷调控以增加钼或硫的边缘，或者致力于结构优化让二硫化钼垂直基底生长而裸露出更多边缘位点。最近，包信和院士课题组发现单金属原子掺杂能将惰性的基面硫原子变得具有高的催化活性，例如：钴、金、铂等。其中钴掺杂相比于金和铂，更廉价，因而更具优势。

此外，二硫化钼的导电性较弱，且其与导电基底的电接触不佳也将影响电子的传输，进而制约电催化化学反应和电极的稳定性。原位生长作为一种可行的解决方案，常能使得活性材料和基底之间具有良好的机械接触和电接触。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种原位制备钴原子掺杂二硫化钼的反应法，

该方法具有所需原料成本低廉、反应条件易于控制、生产工艺简单、所形成的产品一致性好，环境污染小等优点，对于原位掺杂电极的批量生产有重大意义。为此，本发明提供了一种钴掺杂二硫化钼原位电极，所述的钴掺杂二硫化钼为钴均匀替代钼所形成的钴掺杂二硫化钼，钴掺杂二硫化钼的物相为2H型二硫化钼。所述的钴均匀替代钼中有5at％-20at％的钴替代了钼。所述的钴为纳米颗粒状。

一种前躯液成均匀膜后再保护气氛下固相烧结，制备钴掺杂二硫化钼原位电极的方法，包括如下步骤：

(1)在室温下，将氯化钼溶于乙醇溶液中，再加入金属钴盐，再加入硫脲，搅拌溶解，得到Co-Mo-S前躯液；

(2)将上述前躯液滴涂或旋涂到基底上，70～100℃快速干燥，得到前驱膜；

(3)将步骤二中前驱膜于氩气或氮气保护中经500～800℃烧结0.5～2h，随炉冷却取出即可得到钴掺杂二硫化钼原位电极。

所述的金属钴盐为可溶于极性溶剂的盐，包括硫酸钴、氯化钴、硝酸钴、乙酸钴、草酸钴或碳酸氢钴。

金属钴盐与氯化钼的摩尔比为1:2～18，氯化钼的浓度为100～700mM，金属原子与硫脲的摩尔比为1：2～7。

所述的步骤(2)中将上述前躯液滴涂或旋涂到基底上，70～100℃于干燥空气中自然干燥或于热台上干燥5-15min，得到前驱膜。

氩气或氮气保护中，固相烧结的温度为500～800℃。