[发明专利]硫化钼/氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种硫化钼/氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用，氰胺包覆硫化钼中间体的制备，将氰胺包覆的硫化钼中间体置于氮气的保护下煅烧，控制煅烧温度，煅烧4小时，最后自然冷却即可以得到3D结构的硫化钼/氮化碳复合材料。该方法利用原位生长及煅烧的方式实现了一种具有异质结结构的硫化钼/氮化碳复合材料的制备，所得到的硫化钼为3D树枝状的尺寸结构，包裹于氮化碳材料的内部。这种新型的硫化钼/氮化碳复合材料中硫化钼和氮化碳之间由于异质结结构的存在，能够确保电子在界面间快速迁移，因此所制备的复合材料显示出优异的电催化产氢性能，在电解水制氢领域方面有很大的应用潜力。

技术领域

本发明属于无机纳米非金属材料制备领域，具体涉及一种硫化钼/氮化碳复合材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

氢能被认为是未来传统化石能源的高效替代物。在众多的氢能生产途径中，电催化制氢反应是一种高效绿色的氢气生产方式。迄今为止，贵金属 Pt 基催化剂被认为是电催化制氢效果最佳的催化剂，已经被人们广泛涂覆于电极表面用于制氢反应。然而，贵金属Pt高昂的价格以及资源的稀缺严重阻碍了其大规模的工业化应用。因此，寻求成本低廉，性能高效持久的制氢催化剂电极是氢能源利用的关键，也符合 21 世纪绿色能源和可持续发展的要求。 近年来，过渡金属硫化物作为一种新型的非贵金属催化剂表现出了高效的电催化制氢效率。在众多的过渡金属硫化物中，层状二硫化钼（MoS₂）二维晶体材料由于其丰度高，价格低等优势成为电催化制氢领域的研究热点。

近期的文献和理论研究结果表明，MoS₂的电催化制氢活性与其二维层状结构边缘的催化活性位点有关，设计纳米结构的二维 MoS₂薄层并最大化的暴露其边缘催化活性位点数量是提高其电催化制氢活性的有效途径。将二维 MoS₂薄层有效复合于氮化碳材料中，会明显降低硫化钼与氮化碳纳米结构的界面电阻，显著提高电催化制氢反应效率，一方面氮化碳材料中的MoS₂纳米片表面会形成许多微小的裂纹，有效增加材料的边缘催化活性位点；另一方面氮化碳的孔隙结构能保证电子在 MoS₂和碳基体之间高效传输，使催化产物氢气易于从电极中扩散出来。

目前二硫化钼/氮化碳复合材料的制备方法主要包括原位混合法、物理法等等。Ge等人分别制备出二硫化钼和氮化碳材料（J. Hydrogen. Energy 2013, 38, 6960），然后进行混合焙烧，从而得到二硫化钼/氮化碳复合材料；Li等人则将制备好的二硫化钼和氮化碳材料放在乙醇中混合（Langmuir, 2014, 30, 8965），通过超声化学法制备出二硫化钼/氮化碳复合材料；发明专利CN201510278920.4曾报道将MoS₂和氮源前驱物材料混合均匀，研磨后煅烧最终得到二硫化钼/氮化碳复合材料。上述的方法多采用两步法或者多步法制备，合成方法相对比较复杂，过程繁琐，耗时长，产率低，且复合材料并不具备一定的3D结构构型。

现阶段有必要发展可控和重复性好的方法，来制备二硫化钼/氮化碳复合材料；同时制备出的复合材料能够保持良好的纳米构型。本发明提出了一种新的硫化钼/氮化碳复合材料的制备方法，制备出具有3D树枝状结构的硫化钼材料，并且与氮化碳基底能够有效复合，形成了特定的异质结结构，在电催化制氢领域有着广阔的应用前景。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于：提出一种硫化钼/氮化碳复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于：提出一种上述方法制备的产品。

本发明的又一目的在于：提供上述产品的应用。

该复合材料的硫化钼和氮化碳之间能够产生异质结结构，独特的结构能够确保电子在界面间的快速迁移，因此所制备的复合材料显示出优异的电催化产氢性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：