[发明专利]一种Cu7S4@MoS2异质纳米骨架材料及其催化电解水制氢的应用

说明书

本发明公开了一种Cu₇S₄@MoS₂异质纳米骨架材料及其催化电解水制氢的应用。本发明采用热分解前驱体的方法，以Cu₇S₄为支撑骨架，通过MoS₂刻蚀得到了表面富含活性边缘位点、具有极高活性和稳定性的超小的环形的Cu₇S₄@MoS₂异质纳米框结构，除去其表面配体后和C粉混合，然后涂覆在电极上应用于催化电解水制氢。作为一种非贵金属催化剂，由于其具有很好的结晶性且富含MoS₂活性边缘位点，能降低水中氢气的析出电位，可以替代铂成为有效的电催化析氢材料，当电流密度达到10mA/cm²和200mA/cm²的时候，过电势仅分别为133mV和206mV，在报道过的MoS₂纳米催化剂中展现出最高活性和高稳定性。由于溶剂热法可以进行合理的扩展，本发明为大量发展其它的非贵金属硫化物催化剂开辟了新的道路。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种具有极高催化析氢活性的Cu₇S₄@MoS₂纳米异质结构骨架材料，可以应用于催化电解水产氢。

背景技术

作为电解水的基本步骤的析氢反应在实际运用中需要有效和低成本的催化剂达到快速的动力学过程。一直以来，Pt被认为是活性最好的电解水析氢催化剂，然而它的低含量和昂贵的价格限制了它的大范围应用。作为一个很有前景的低廉的替代Pt的析氢催化剂，纳米结构的MoS₂得到了广泛研究。迄今为止，很多研究者通过大量的实验和计算证实了层状的MoS₂的催化活性位于它的边缘位点，而位于边缘的不饱和S原子在催化析氢反应中起到了重要作用。正是基于这个原因，研究者尝试了各种方法去提高纳米MoS₂暴露的活性位点数目。

近来由于无定形的MoS₂包含很多的活性不饱和S原子，能够有效催化析氢反应，因此吸引了科学家的关注。然而，无定形的S原子具有很差的结晶性，导致了它在酸中具有相对高的溶解性和差的电化学稳定性，从而限制了它的实际应用。因此，为了同时达到高的析氢活性和长时间稳定性，发展一个既有丰富的活性边缘位点又具有很高的结晶性的MoS₂纳米催化剂是一个行之有效的方法。

发明内容

本发明为满足能源工业领域的需求，特别设计一种具有极高催化产氢活性和稳定性的超小的圆环形Cu₇S₄@MoS₂异质纳米框结构，可以应用于催化电解水制氢。

本发明采用热分解前驱体的方法，以Cu₇S₄为支撑骨架，通过MoS₂刻蚀得到了表面富含活性边缘位点、具有极高活性和稳定性的超小的环形的Cu₇S₄@MoS₂异质纳米框结构，除去其表面配体后和C粉混合，然后涂覆在电极上应用于催化电解水制氢。

本发明所述的Cu₇S₄@MoS₂异质纳米骨架材料的制备方法，其具体步骤如下：

a.将4-6ml油胺和4-6ml十八烯搅拌混合，然后加入0.1-0.5mmol的Cu的前驱体和20-140mg的S的前驱体，在190-210℃保持10-20min后，继续加热到260-310℃时加入 0.2-1mmol的Mo的前驱体和0.4-2mmol的S的前驱体，在275-300℃保持5-30min；

b.反应自然冷却后，取出反应液5000-15000转/分离心5-20min，将沉淀分散在正己烷中；