[发明专利]一种二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料及其制备方法，属于电催化析氢领域。本发明首先采用改进的Hummer法制备低氧化度的炭黑氧化物；再以钼酸钠晶体为钼源、硫脲为硫源、二甲基甲酰胺为溶剂，220℃条件下，一步溶剂热反应制备二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料。本发明提供的方法中低氧化度的炭黑氧化物制备工艺简单，产率高；采用简便、温和的一步溶剂热法制备二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料，成本低、重复性高、易于大规模合成。二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料应用于电催化析氢反应时表现出优异的催化性能，测试过电位为200mV时，还原电流密度达25.0mA/cm2，测试过电位为226mV时，还原电流密度达36.2mA/cm2；具有良好的电催化稳定性。

主权项

一种二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料的制备方法，其特征在于，包括有下列步骤，第一步，采用改进的Hummer法制备低氧化度的炭黑氧化物；称取炭黑1.0g，将其置于三口烧瓶中，加入23mL浓硫酸，室温下磁力搅拌24h；将三口烧瓶转移至油浴锅中油浴加热，恒温后，依次向三口烧瓶中加入100mg无水硝酸钠，5min后加入高锰酸钾，磁力搅拌30min；向三口烧瓶中加入3mL高纯水，5min后再次加入3mL高纯水，5min后加入40ml高纯水，继续搅拌15min；将三口烧瓶从油浴锅中移出，依次加入140mL高纯水、6mL过氧化氢溶液，搅拌5min，冷却至室温；将三口烧瓶中的溶液转移至离心管内，离心处理30min，倒去离心管内上清液，得到沉淀物A，沉淀物A用盐酸溶液、高纯水各离心洗涤两次，其中离心时间为30min，得到沉淀物B；将沉淀物B转入渗析袋中，渗析，至渗析液为中性，得到沉淀物C；将沉淀物C溶于100mL高纯水中，超声30min，离心处理5min，倒去上清液，得到沉淀物D；将沉淀物D转移至表面皿中，置于烘箱内烘干，获得低氧化度的炭黑氧化物粉末；所述的低氧化度的炭黑氧化物为球状纳米颗粒，平均粒径为50nm；其中，无水硝酸钠、高锰酸钾、炭黑三者之间的质量比满足0.1:0.3:1；所述浓硫酸的质量浓度是98％，所述油浴锅中油浴的温度为50～55℃，所述的烘箱温度为60℃；所述离心处理的离心速度为5000rpm；第二步，一步溶剂热法制备二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料，具体为：将第一步中制备的低氧化度的炭黑氧化物粉末24.2mg置于烧杯中，向烧杯中加入35mL二甲基甲酰胺DMF，超声10min；加入121mg钼酸钠晶体Na2MoO4·2H2O和228mg硫脲混合物，继续超声20min，得到混合液；将混合液转入聚四氟乙烯反应釜中，反应釜置于烘箱内保温；取出反应釜，冷却至室温；将反应釜内的固体产物离心处理，分别用乙醇、高纯水离心处理洗涤两次，离心速度7500rpm，离心时间15min；将反应釜内的固体转移至表面皿中，60℃烘干，得到二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料；所述低氧化度的炭黑氧化物的质量为Na2MoO4·2H2O质量的20％；所述的Na2MoO4·2H2O和硫脲的摩尔比满足1:6；所述过氧化氢的质量浓度是30％，所述盐酸溶液的质量浓度是5％；所述烘箱内保温的温度是220℃，保温的时间为24h；上述方法制备得到的二硫化钼/炭黑复合析氢电催化材料，层状MoS2纳米颗粒分散生长于炭黑纳米颗粒基底上，MoS2的层重叠数少于10。