[发明专利]一种双金属单原子负载MoS2

说明书

本发明提供了一种双金属单原子负载MoS₂碳纸基材料及其制备方法和应用，本发明采用简单易操作的一锅水热法先在碳纸上原位生长Ni原子负载的MoS₂纳米片，再采用浸渍法负载Ru原子得到的。该材料表示为Ni‑MoS₂/CPF，其中MoS₂生长在碳纸基底上，钌和镍以单原子的形式负载在MoS₂中形成的材料；其中MoS₂为二维纳米片结构，纳米片的大小为0.6‑1.0微米，厚度为15‑30纳米；Ru_x和Ni_y呈单原子状态均匀分布在MoS₂纳米片中，其中Ru的负载量为0.03‑1.0wt.％,Ni的负载量为0.3‑5.0wt.％。该材料具有优异的析氢性能，在碱性条件下，过电位为32mV对应的Tafel斜率达到41mV·dec^‑1，适合用作电催化水产氢反应中的电极材料。

技术领域：

本发明涉及电催化裂解水产氢的电极材料，具体涉及双金属单原子负载MoS₂的二维纳米材料的制备方法及应用。

背景技术：

近年来，随着人们对环境的关注，开发可再生清洁能源替代化石燃料迫在眉睫。氢气，由于其具有清洁型、环境友好型且能量密度大等诸多优点而得到广泛关注。电解水产氢是目前制氢的最有效方法之一。目前，贵金属铂(Pt)是唯一由于其活性高而商业化的电解水产氢的催化剂，但是Pt的价格昂贵且地球含量低限制了其大规模工业应用，因此开发新的价格低廉，储存丰富的制氢催化剂尤为重要。

地球含量丰富的二硫化钼(MoS₂)被认为是最有可能替代Pt，成为下一代的高效制氢电催化剂之一。大量研究表明MoS₂的边缘活性位点(ΔG_H*＝0.06eV)与Pt接近[Nat.Commun. (2018)9,2120；Nat.Commun.(2019)10,982.]，但是其大量的惰性基面是没有活性的，因此，通过对MoS₂的改性提高其催化析氢活性是必要的。目前，多种手段用于MoS₂的改性，如构建异质结[Electrochim.Acta.(2020)334,135537]，产生S空位[J.Am.Chem.Soc.(2019)142, 4298-4308]，改变导电基底[Chem.Eng.J.(2020)399,126018]，单原子掺杂[Appl.Catal.B: Environ.(2019)251,87-93]。由于单原子掺杂对MoS₂改性效果显著受到大家的广泛关注，但是，由于单原子催化剂的稳定性不理想而影响了其实际应用。曹等人[Small Methods,2019, 1900653]在MoS₂纳米片上负载钌(Ru)单原子，提高了MoS₂的电催化析氢活性。但是，该催化剂的稳定性不理想，这限制了该催化剂的实际应用，同时，该催化剂的活性距离商业化的Pt/C仍然存在很大的提升空间。因此，我们希望通过设计一种双金属单原子催化剂来改变单原子催化剂的稳定性和活性的问题。一方面，引入双金属单原子可以提供更多的活性位点，并且增加MoS₂的导电性，从而提高催化活性；另一方面，通过调控原子电负性来增强引入的单原子的稳定性，从而提高该催化剂的稳定性

发明内容：

本发明的目的是提供一种双金属单原子负载MoS₂碳纸基材料及其制备方法，该材料用于电催化水产氢反应中的电极材料。