[发明专利]一种二硫化钼电催化产氢电极及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种二硫化钼电催化产氢电极及其制备方法和用途，所述二硫化钼电催化产氢电极包括电极基底和负载在所述电极基底表面的二硫化钼纳米片阵列，所述二硫化钼纳米片阵列掺杂有Ni(II)和Co(II)；所述二硫化钼纳米片阵列包括垂直于所述电极基底表面的一级纳米片和垂直于所述一级纳米片的二级纳米片。本发明二硫化钼电催化产氢电极具有多级次纳米片阵列结构，具有较大的电化学活性表面积，大幅提高二硫化钼的催化活性，表现出优异的产氢性能；且采用水热法在电极基底上沉积层状双金属氢氧化物，然后以其为牺牲模板，水热反应得到具有多级次结构的二硫化钼，同时实现了元素掺杂和结构优化，便于操作。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备及应用技术领域，尤其涉及一种二硫化钼电催化产氢电极及其制备方法和用途。

背景技术

由于化石燃料的大量使用，导致能源危机与温室效应不断加剧，因此近年来大量研究工作致力于开发利用可再生、无污染的新能源。氢气，作为一种能量密度高，清洁无污染的可再生能源具有很好的应用前景。通常而言，氢气主要是由电解水产生，但在电解水过程中需要使用电催化剂克服过电势以提高产氢效率。二硫化钼(MoS₂)是一种二维层状材料，不管在实验还是理论上均已被证实具有很高的产氢活性。但是二硫化钼的产氢活性位点位于其边沿位置处钼富集的钼边上，而其平面位置是惰性的。基于此，大量的工作合成了纳米线、纳米片、纳米盒子和双螺旋二十四面体等不同形貌的二硫化钼，以达到暴露更多边沿位置，增加材料的电化学活性表面积进而提升电催化产氢性能的目的。采用具有三维形貌的导电基底(碳布、泡沫镍等)直接负载电催化剂能够进一步提升电化学活性表面积，增强反应过程中电解液与气泡的扩散以及改善基底与催化剂间的导电性。另一方面，因为二硫化钼本身的导电性差，阻碍了其在催化产氢过程中的电荷传输，大量工作通过掺杂(O、N、F等)及相转变(2H相的二硫化钼转化为1T相二硫化钼)的方式提高材料自身导电性及反应活性。

因此，本领域期望通过一种简单的方法一种具有特殊纳米结构并且有异原子掺杂的二硫化钼电极，不但能增加电极的活性位点，还能提高材料本身的导电性及催化活性，从而达到提升电催化产氢性能的目的。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种具有特殊纳米结构并且有异原子掺杂的二硫化钼电极，不但能增加电极的活性位点，还能提高材料本身的导电性及催化活性，从而达到提升电催化产氢性能的目的。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种二硫化钼电催化产氢电极，包括电极基底和负载在所述电极基底表面的二硫化钼纳米片阵列，所述二硫化钼纳米片阵列掺杂有Ni(II)和Co(II)；

所述二硫化钼纳米片阵列包括垂直于所述电极基底表面的一级纳米片和垂直于所述一级纳米片的二级纳米片。

本发明二硫化钼电催化产氢电极具有多级次纳米片阵列结构，具有较大的电化学活性表面积，大幅提高二硫化钼的催化活性，表现出优异的产氢性能；且本发明催化产氢电极的活性材料为二硫化钼，属于非贵金属催化剂，价格低廉。

优选地，所述电极基底包括碳布和/或泡沫镍。

优选地，所述电极基底为碳布。

优选地，所述二硫化钼电催化产氢电极中Ni(II)、Co(II)与二硫化钼的质量比为(5～10):(5～10):100，例如5:9:100、10:7:100、8:6:100、9:8:100或10:7:100等。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述二硫化钼电催化产氢电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)将钴盐、镍盐和六亚甲基四胺溶于甲醇中得到混合溶液，再将电极基底浸在所述混合溶液中，密封，150～200℃反应6～24h后冷却，取出电极基底，洗涤，干燥，得到沉积有Ni-Co层状双金属氢氧化物纳米片阵列的电极基底；