[发明专利]全pH电催化析氢的二硫化钼改性硫、钼共掺杂石墨相氮化碳异质结构材料及其制备方法

说明书

本发明公开全pH电催化析氢的二硫化钼改性硫、钼共掺杂石墨相氮化碳异质结构材料及其制备方法，首先以三聚氰胺作为石墨相氮化碳合成的前驱体，钼酸铵和硫脲为金属源，在三聚氰胺缩聚过程中通过两步热处理法分别引入非金属元素、锚定金属原子，避免副产物的生成，通过调控金属与非金属前驱体所添加的比例来调节掺杂效果。其次采用水热法通过控制钼酸铵、硫脲以及硫、钼共掺杂石墨相氮化碳的比例来实现基底表面成核位点处二硫化钼纳米片的均匀生长，以及与硫、钼共掺杂石墨相氮化碳材料的强耦合。本发明所采用的方法操作简单、重复性好，能够高效实现结构的形成及调控，可以达到不同pH值下活性位点的有效转移，实现电催化析氢反应的高效进行。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种全pH电催化析氢的二硫化钼改性硫、钼共掺杂石墨相氮化碳异质结构材料及其制备方法。

背景技术

电解水制氢是一种方便制取氢气的方法，具体操作是在充满电解质水溶液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。其中，电解质水溶液中的电解质包括酸性电解质，例如硫酸，碱性电解质，例如氢氧化钠、氢氧化钾，为了使电极、电解质界面上的电荷转移加速反应，通常会在电解槽内加入催化剂，多数催化剂只在酸性电解质中表现出最佳的催化活性，但是，酸性电解质具有腐蚀性易腐蚀材料，其催化过程中易产生酸雾导致大气污染。

人们通常采用在碱性电解质水溶液中进行电催化析氢的方式制氢，通过具有阴极和阳极催化剂的相容性，解决上述问题。

但是，电解水析氢在碱性电解质水溶液中进行电催化析氢反应所需的高电位与在酸性电解质水溶液中相比，由于初始吸附H₂O解离的动力学过程慢，反应进行困难，并且与H₂O解离有关的Volmer过程总是抑制氢的形成/脱附过程，所以导致催化剂在碱性电解质水溶液中催化活性低。

近年来，非金属层状石墨相氮化碳材料因其丰富的N配体、可调的活性位点以及优异的稳定性，人们将其作为无金属催化剂载体广泛应用在电催化水裂解和氧化还原反应等领域中，然而其低导电率以及低解离效率限制了其工业化使用。

发明内容

本发明目的在于提供一种二硫化钼改性硫、钼共掺杂石墨相氮化碳异质结构材料及其制备方法，以实现二维片层结构的均匀复合生长，得到全pH值下活性位点可转移的析氢电催化剂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种全pH电催化析氢的二硫化钼改性硫、钼共掺杂石墨相氮化碳异质结构材料的制备方法，包括以下步骤；

步骤1：将质量比为1：(0.05～0.09)的三聚氰胺和硫脲依次加入到去离子水中，其中三聚氰胺与去离子水的质量体积比为1:(20～40)，在水浴搅拌条件下混合均匀，干燥后得到反应前驱体混合物A；

步骤2：将反应前驱体混合物A置于气氛炉中，在保护气体下以2～5℃/min的升温速率自室温升温至500～600℃煅烧3～4h，后冷却至室温，研磨得到中间产物B；

步骤3：将质量比为1：(0.07～0.11)的中间产物B和钼酸铵依次加入到去离子水中，其中中间产物B与去离子水的质量体积比为1:(20～50)，在水浴搅拌条件下混合均匀，干燥后得到反应前驱体混合物C；

步骤4：将反应前驱体混合物C置于气氛炉中，在保护气体下以1～3℃/min的升温速率自室温升温至350～450℃煅烧2～4h，后冷却至室温，研磨得到中间产物D；

步骤5：将0.4～0.6g中间产物D分散于25～35mL去离子水中，搅拌均匀得到溶液E，向溶液E中依次添加摩尔比为X:(X*14)的钼酸铵和硫脲，其中X＝0.36，0.45，0.54，0.62，0.71mmol，剧烈搅拌后得到悬浮液F；