[发明专利]二硫化钼基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼基复合材料及其制备方法和应用，该制备方法，包括以下步骤：(1)取二硫化钼材料，加入研磨材料碳化钼，研磨形成粉末混合物；(2)将所述粉末混合物加入溶剂中，混匀；(3)通入惰性气体和反应气体，热处理制得二硫化钼基复合材料，所述反应气体能够在所述热处理的温度下分解出碳原子和氢气。利用本发明的方法制得的二硫化钼基复合材料电催化活性高，在电解水制氢、超级电容器、离子电池等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化材料技术领域，尤其是涉及一种二硫化钼基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

化石能源的大量使用，造成了日益严重的能源短缺和环境污染问题，因此人们对清洁能源的需求越来越迫切，相关研究工作也逐渐深入。氢能作为一种可再生能源，使用过程中清洁无污染，并且能量密度比化石能源(汽油)高三倍，具有良好的应用前景。氢气是氢能的载体，可以通过电解水的方式生产，将电能转变为氢能储存在氢气中。水是地球上储量巨大的资源，因而通过电解水的方式进行氢气的生产具有很大的前景。同时，电能的来源具有多样性，在电解水产氢的过程中，可以将风能、太阳能产生的电能存储在氢气中，通过氢气的运输，实现能源利用率的提高，避免能源浪费，进而实现清洁能源的使用和可持续发展。

电解水制氢过程中需要使用催化剂降低反应过电势以提高氢析出效率。铂(Pt)等贵金属催化剂成本高昂，并且只在低产氢速率(小电流密度，如10mA cm-2)下具有优异的催化性能，在较高产氢速率(大电流密度，如1000mA cm-2)下催化性能劣化严重，不适用于电解水产氢工业的需求。因此寻找低成本、大电流密度下高催化活性的替代性催化剂是目前电催化研究的重点和难点。

二硫化钼(MoS₂)是一种层状材料，以辉钼矿的形式大量存在于自然界中，理论与实验均证实当厚度降至纳米尺寸时，二维MoS₂纳米片具有良好的电催化产氢性能。但是MoS₂的产氢活性位点位于二维片层的边缘，而其平面内是惰性的。为了提高MoS₂的活性位点数量，研究人员通过合成纳米线、纳米片等不同形貌来暴露更多的MoS₂边界，以达到提升电催化产氢性能的目的，但是这些具有特殊形貌的样品大都通过水热法合成，合成效率低，不利于放大生产，难以进行工业化应用。另一方面，MoS₂本身导电性差，阻碍了电催化过程中的电荷传输，因而大量工作通过掺杂、复合、物质转变的方式提高催化剂的导电性，进而试图提高其催化活性。然而，总是存在着产率低、成本高、高电流密度下活性较差的问题。

综上，开发简单、低成本实现大规模制备能够应用于电解水制氢的二硫化钼基催化剂的方法，对本领域具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种二硫化钼基复合材料及其制备方法和应用，该制备方法易于放大生产，原料和工艺成本低廉，制备得到的二硫化钼基复合材料具有较高的催化活性，能够达到提升整体电催化产氢性能的目的。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种二硫化钼基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取二硫化钼材料，加入研磨材料碳化钼，研磨形成粉末混合物；

(2)将所述粉末混合物加入溶剂中，混匀；

(3)通入惰性气体和反应气体，热处理制得二硫化钼基复合材料，所述反应气体能够在所述热处理的温度下分解出碳原子和氢气。

在一些实施例中，所述反应气体包括氢气、甲烷、天然气中的至少一种。氢气的作用是刻蚀二硫化钼的表面和边缘，使其产生孔洞及暴露钼位点。甲烷在高温下能够分解出碳原子和氢气，氢气刻蚀后暴露的钼原子与碳原子结合，形成碳化钼，后续作为催化的一种活性物质。天然气即相对稍低纯度的甲烷，可以代替甲烷的作用。