[发明专利]一种三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料及其制备方法，制备方法包括如下过程：将石墨烯卷‑碳纳米管三维碳材料加入溶液A中，之后进行水热反应，将水热反应的产物进行清洗、烘干；石墨烯卷‑碳纳米管三维碳材料的制备过程包括：向氧化石墨烯水分散液中加入六水合硝酸镍，经搅拌溶解、淬冷，冷冻干燥后得到包裹硝酸镍的氧化石墨烯卷；在包裹硝酸镍的氧化石墨烯卷上进行碳纳米管的CVD生长，得到石墨烯卷‑碳纳米管三维碳材料；溶液A的制备过程包括：将二水合钼酸钠和六水合硝酸钴加入含硒水合肼溶液，之后加入溶剂，搅拌均匀。本发明的三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料适用于在强酸或强碱电解液中进行高效析氢反应且性能稳定。

技术领域

本发明属于电催化析氢技术领域，具体涉及一种三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料及其制备方法。

背景技术

为了实现碳中和的目标，未来能源转型的基本方向主要为氢能源、碳捕捉及生物质等。氢能源主要是通过煤气化、石油裂解以及低温蒸馏等制备方法进行生产。目前，电解水制氢作为一种清洁以及高效的方式，能完美解决需求与现实相悖的问题。在电解过程中，电极催化剂具有不可忽视的作用，例如降低额外能耗，加速析氢速率等。而贵金属催化剂具有独特的电子结构使其表现出高效的析氢性能。但对于工业上来说，其高昂的价格与稀有性令人望而生畏。因此，寻求高效、低廉且储量丰富的催化剂是迫在眉睫的。

理论计算表明，过渡金属硫属化合物(MoS₂,MoSe₂,CoSe₂等)具有与Pt基金属相似的电子结构，意味着理论上它也具有优异的析氢性能。然而，MoSe₂易团聚会导致边缘以及缺陷位置的催化位点大幅减少，并且其固有电导率较差不利于电子在电极/催化剂和催化剂内部的传输。这些限制了MoSe₂不能充分发挥其电催化作用。目前为了改善MoSe₂的催化性能主要有以下三方面的策略。其一，制备高分散的MoSe₂纳米片或者纳米花等纳米结构，且在其晶体结构中引入缺陷产生大量边缘和缺陷活性位点；其二，通过掺杂杂原子调控电子结构，进行2H/1T相之间的相转变，增加其导电性，提升电子传输速度；其三，与三维碳材料进行复合，能为MoSe₂的生长提供大量的比表面积，大大提升其导电性，从而有效提升其电解水的催化性能。现今有大量的研究致力于促进MoSe₂性能的提升，但是合成的复合材料与贵金属基催化剂相比仍然具有较大的差距。因此，MoSe₂复合材料的电催化析氢性能还有待提高。此外，目前的研究以酸性电解液为主，而在碱性电解液中，水在催化剂上的解离较为缓慢，需要更高的过电位且催化效率不高。因此开发能同时适用于强酸强碱条件，且具有高电催化析氢活性以及性能稳定的非贵金属催化剂具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料及其制备方法，本发明的三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料适用于在强酸或强碱电解液中进行高效析氢反应且性能稳定。

本发明采用的技术方案如下：

一种三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料的制备方法，包括如下过程：

将石墨烯卷-碳纳米管三维碳材料加入溶液A中，之后进行水热反应，将水热反应的产物进行清洗、烘干，得到所述三维碳材料/二硒化钼电催化析氢材料；

其中，石墨烯卷-碳纳米管三维碳材料的制备过程包括：

向氧化石墨烯水分散液中加入六水合硝酸镍，经搅拌溶解、淬冷，冷冻干燥后得到包裹硝酸镍的氧化石墨烯卷；

在包裹硝酸镍的氧化石墨烯卷上进行碳纳米管的CVD生长，得到石墨烯卷-碳纳米管三维碳材料；

其中，溶液A的制备过程包括：将二水合钼酸钠和六水合硝酸钴加入含硒水合肼溶液，之后加入溶剂，搅拌均匀得到溶液A。