[发明专利]一种高效析氢反应的复合纳米材料电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效析氢反应的复合纳米材料电催化剂及其制备方法。该电催化剂为MoS₂与B‑掺杂石墨烯的复合纳米材料，也就是由缺陷和/或边缘较多的MoS₂层均匀地负载在B‑掺杂石墨烯上所构成的异质复合纳米材料。其制备方法是在水热溶液中氧化石墨烯和硼酸存在条件下，并含有Na₂MoO₄和L‑半胱氨酸，通过一步水热反应途径制备得到MoS₂/B‑掺杂石墨烯的复合纳米材料，作为析氢反应的电催化剂，所制备的MoS₂/B‑掺杂石墨烯复合纳米材料显示了相当高的电催化活性和较低的Tafel斜率(46.3mV/dec)。本发明的MoS₂/B‑掺杂石墨烯复合纳米材料作为一种高效低成本的析氢反应的电催化剂，在电解水制氢方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及高效析氢反应的复合纳米材料电催化剂及其制备方法，尤其涉及MoS₂/B-掺杂石墨烯复合纳米材料电催化剂及其制备方法，属于新能源材料与应用技术领域。

背景技术

MoS₂具有典型的层状结构，其层状结构由三明治结构的S-Mo-S层通过范德华力作用连接叠加而成。纳米级MoS₂对析氢反应(HER)具有良好的电催化活性。尽管Pt和Pt基纳米材料对HER具有最优的电催化性能，但其资源的稀缺性和高的价格限制了在电解水制氢中的规模化应用。MoS₂的电催化HER活性主要来源于其边缘位点(YAN Y,XIA B Y,GE X M,etal.Ultrathin MoS₂nanoplates with rich active sites as highly efficientcatalyst for hydrogen evolution[J].ACS Applied MaterialsInterfaces,2013,5(24):12794-12798.)但是由于范德华力的作用，S-Mo-S层容易发生堆叠，导致其边缘活性位点的减少。同时，MoS₂的低导电能力限制了其作为电催化剂的应用。

将MoS₂与具有高导电性和柔韧性的碳纳米材料(如石墨烯、碳纳米管等)复合是解决上述其电化学应用存在问题的一个有效途径(LI Y G,WANG H L,XIE L M,etal.MoS₂nanoparticles grown on graphene:an advanced catalyst for the hydrogenevolution reaction[J].Journal of the American Chemical Society,2011,133(19):7296-7299；YAN Y,GE X M,LIU Z L,et al.Facile synthesis of low crystallineMoS₂nanosheet-coated CNTs for enhanced hydrogen evolution reaction[J].Nanoscale,2013,5(17):7768-7771)。石墨烯具有高的电子导电能力和荷电迁移率，以及极大的比表面积和固有的良好柔韧性。石墨烯与MoS₂复合不仅显著提高了复合材料的导电性，还能较好地抑制MoS₂层的堆积或团聚，得到层数较少和边缘活性位较多的MoS₂层。由于MoS₂纳米片与石墨烯之间的这种相互作用可增强所制得的复合材料的电化学应用性能。