[发明专利]一种量子点修饰的纳米片复合材料的制备方法

说明书

本发明通过界面工程构建了具有多级结构的铁系化合物复合材料，该复合材料为二硫化钼量子点修饰的层状镍钴氢氧化物/氧化铁纳米管。合成条件为首先制备出三维氧化铁纳米管，然后通过水热反应，在氧化铁表面上生长镍钴层状双氢氧化物(NiCo‑LDH)，得到层状双氢氧化物(LDH)超薄纳米片与氧化铁纳米管的复合材料，将该复合材料与二硫化钼量子点按一定比例混合，得到二硫化钼量子点修饰的层状镍钴氢氧化物/氧化铁纳米管复合材料。独特的片层状结构暴露更多与电解液接触的催化活性位点，使得材料具有更高析氧(OER)催化活性，同时界面的出现促进了电子转移，提高化合物的析氧性能。该制备方法具有设备简单、易于实现控制、工艺重复性好、产品质量稳定等优点，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于催化领域，涉及一种二硫化钼量子点修饰层状镍钴氢氧化物/氧化铁纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

随着可再生能源技术的大规模应用，基于电解水制氢的氢储能技术在电力行业的重要性日益凸显，在多个场景下均有广泛的应用前景。电解水一般由析氧反应(OER)和析氢反应(HER)两个半反应组成，但是电解水的产率较低，同时需要高性能，稳定性好的催化剂参与。目前，性能优秀的析氧材料有钌基、铱基材料，铂基材料是非常优秀的析氢材料，但是由于贵金属储量比较少而且价格较高，仍然没有大规模地应用。非贵金属基催化剂因其含量丰富、价格低廉以及高效等特性越来越受到研究者的关注。

层状双氢氧化物(LDHs)作为一种前驱体，凭借其在化学组成和拓扑转变方面的多功能性，在负载型催化剂的制备中引起了广泛关注。镍钴基材料尤其是层状双金属氢氧化物(LDH)，由于具有大的比表面积、层状结构、层间距离以及易调节电子结构，在析氧(OER)领域具有突出的优势。然而，由于其固有的低电导率及稳定性差等缺点，其催化活性需要进一步提高。为进一步优化电化学性能，改善电导率差的问题，将催化活性物质直接生长于三氧化二铁表面，二维纳米片在具有完全暴露的活性界面的中空纳米管上垂直生长，促进电子传递，导致快速反应。同时选用二硫化钼量子点来修饰该复合材料，二硫化钼量子点(MoS₂QDs)具有尺寸小，暴露的活性面积大，活性位点多的优点。层状镍钴氢氧化物/氧化铁纳米管(Fe₂O₃@NiCoLDH)与二硫化钼量子点的结合具有特殊的界面效应，促进了界面的电子转移，使得该铁系化合物具有更好的析氧催化活性。

尽管氢气(H₂)是由水分裂产生的一个伟大的能量载体(和燃料)，但并没有可以由电解水电催化产生的碳基有机化合物。事实上，化石材料在有机化学品的生产中仍然起着主导作用。因此，最好用替代的有机氧化反应来取代析氧反应，它不仅在热力学上更有利于析氧反应，而且还能产生具有显著价值的碳基产物。该材料不仅在电催化析氧反应中表现出优异的性能，同时可用于糠醛氧化制取众多衍生物，提高工业化生产，糠醛是生物质的脱水产物之一，其氧化产物2-呋喃酸具有广泛的工业应用。研究发现，在电催化析氧反应过程中，糠醛的引入，有助于降低反应的过电位，同时提高了糠醛氧化反应速率，一举两得。

发明内容

本发明提供了一种具有电催化性能的二硫化钼量子点修饰层状镍钴氢氧化物/氧化铁纳米管复合材料的制备方法，在作为高效析氧催化剂的同时，也可用于糠醛的氧化。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

(1)三氧化二铁纳米管的制备：称取无水三氯化铁、磷酸二氢铵分散于去离子水中，超声搅拌处理后，分别量取定量溶液并与去离子水剧烈搅拌混合，将混合物转移到反应釜中，放至烘箱里，恒温一定时长，自然降温，将得到的产物进行离心洗涤，之后将产物分散到去离子水中，得到的分散液进行冷冻处理，最后转入冻干机中进行冷冻干燥，得到三氧化二铁纳米管。