[发明专利]一种二硫化钼花状纳米球的制备方法及析氢应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼花状纳米球的制备方法及析氢应用，该方法包括以下步骤：1）将一定量的硫脲（CS(NH₂)₂）、二水合钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)、柠檬酸（C₆H₈O₇）溶于去离子水和无水乙醇的混合溶剂中；2）搅拌至完全溶解后，倒入密闭的聚四氟乙烯反应釜中，反应一段时间后自然冷却得到黑色溶液；3）将溶液置入离心管离心操作；4）将离心产物置于真空干燥箱作干燥处理，得到二硫化钼；5）将样品进行析氢测试。本发明采用一步溶剂热法制备二硫化钼，原料价廉易得；过程工艺简单，条件温和；产物均匀，具有花状纳米球特殊形貌；且电化学性能优异：在N₂饱和的1M KOH条件下，电流密度为10 mA/cm²时，该方法制备的二硫化钼的析氢过电势为3 mV，比玻碳电极（877 mV）降低了874 mV，且能与商用50%Pt/C（1.5 mV）媲美。

技术领域

本发明属于一种二硫化钼纳米材料制备技术及应用领域，具体涉及一种二硫化钼花状纳米球的制备方法以及析氢催化应用。

背景技术

化石燃料的巨大消耗和二氧化碳的大量排放对环境的影响促使人们大力开发一种具有足够规模的新可再生能源，以取代化石燃料，改善环境并满足日益增长的全球能源需求。而氢能以其高能量密度，燃烧产物无污染，质量小等优异的性能，成为最具潜力的新型能源之一。其中，电解水是获得氢燃料的重要途径之一，也是清洁、可扩展的能源替代品的重要途径。电解水可以直接产生氢气，涉及到氢的析出反应（HER），需要催化剂来提高转化效率。贵金属及其氧化物电催化剂如IrO₂、RuO₂和Pt/C被认为是标准催化剂，在HER中具有优异的性能。然而，它们储量少和高成本极大地阻碍了它们的广泛应用。

二硫化钼（MoS₂）因其在理论上接近最佳的氢吸附自由能、较高的耐化学腐蚀性、地球丰度和较低的成本而被广泛地研究为一种有前途的酸性HER的铂替代品，以降低Pt的用量。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种通过工艺简单，低成本合成二硫化钼的方法，本发明具有反应条件温和、成本低廉、操作简单等优点。产物具有特殊形貌且均匀、比表面积较大、催化活性位点较多、电化学析氢性能优异等特点，在一定程度上可减少Pt的用量。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

1) 将硫脲（CS(NH₂)₂）、二水合钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)，溶于含有柠檬酸（C₆H₈O₇）的混合溶液中，搅拌均匀后得到透明无色溶液；

2) 将上述混合溶液倒入50 mL密闭聚四氟乙烯高压反应釜中，加热反应一段时间；

3) 将混合溶液用去离子水、无水乙醇离心洗涤；

4) 将产物置于真空干燥箱中干燥处理，得到二硫化钼花状纳米球；

5) 将样品进行析氢测试。

进一步，所述步骤1）中，硫源为硫脲，钼源为二水合钼酸钠，柠檬酸作为表面活性剂，混合溶液为去离子水和无水乙醇其比例为2:1（mL/mL）。

进一步，所述步骤2）中，加热温度为220℃，加热时间为21小时。

进一步，所述步骤3）中，离心速度为12000 rpm，离心时间为3分钟。

进一步，所述步骤4）中，真空干燥温度为60℃，加热时间为24小时在制备催化剂中硫脲、二水合钼酸钠两种材料的比例为4:1 (mol/mol)。