[发明专利]二硫化钼/碳复合析氢电催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化钼/碳复合析氢电催化材料及其制备方法，属于电催化析氢领域。包括如下具体步骤：（1）碳的制备：以去离子水为溶剂，配制锌盐、二甲基咪唑的混合溶液，制备金属有机框架材料ZIF‑8；经高温煅烧后，制得碳材料；（2）水热法制备二硫化钼/碳复合材料：以去离子水为溶剂，配制四水合钼酸钠、硫脲的混合溶液，将碳材料一起置于反应釜中进行水热反应，制得二硫化钼/碳复合材料。本发明制备的材料用于电催化析氢反应时，表现出高的催化活性和稳定性；其制备方法操作简单，成本低廉，重复性高，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于电催化析氢技术领域，特别是涉及一种二硫化钼/碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染日益加剧，电解水制氢是取代传统化石燃料的有效途径之一。铂族金属是析氢反应常用的电催化材料，但其高成本和极低储备量大大限制了广泛应用。鉴于此，非铂电催化剂如过渡金属二硫化物、钴化合物和大环化合物等开始被用于电催化析氢反应。这些材料不仅表现出接近铂金属的催化活性，而且储量丰富，不过他们距离实际应用还有很大差距。近年来，二维结构的二硫化钼具有独特的层状结构，通常表现出高的电催化性能，其催化活性位点主要来源于层片边缘而非平面内。然而，二硫化钼用于电催化领域还有两个问题需要解决：一方面，由于范德华作用力的存在导致了层片间的严重聚集，大大减少了活性位点数量和电催化活性。另一方面，半导体的二硫化钼导电性较差，因此限制了反应过程中的电荷转移与动力学。为了进一步改善二硫化钼的电催化活性，人们尝试利用各种碳质材料（石墨烯、碳纳米管、活性炭、碳纸、碳球等）与其复合，在提高导电性的同时也增加了活性位点数量，获得了较为满意的电催化性能。在这些碳质材料中，通过煅烧金属有机框架材料的方法可以得到形貌可控、尺寸均一的碳。因此，如何将金属有机框架衍生的碳与二硫化钼结合来构筑新型复合结构，以提高二硫化钼的电催化析氢活性和稳定性，是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电催化析氢活性高、稳定性好、成本低廉的二硫化钼/碳复合材料及其制备方法。

本发明的制备方法包括如下步骤：

（1）碳的制备

以去离子水为溶剂，配制锌盐、二甲基咪唑的混合溶液，搅拌反应后分离出的固体物质即为金属有机框架材料ZIF-8；所得产物经高温煅烧后，再用35% HCl清洗，去离子水清洗，干燥，制得碳材料。

（2）水热法制备二硫化钼/碳复合材料：以去离子水为溶剂，配制四水合钼酸钠、硫脲的混合溶液，四水合钼酸钠与硫脲的质量比为1:1.5~1:3；将上述混合溶液与步骤（1）中所制备的碳材料一起置于反应釜中进行水热反应，将所得产物抽滤，去离子水清洗，干燥，制得二硫化钼/碳复合材料；其中，四水合钼酸钠与碳材料的质量比为15:1~2:1。

步骤（1）所述的锌盐为醋酸锌、硫酸锌、硝酸锌、氯化锌之一。

步骤（1）所述的锌盐的浓度为2~6 mg/mL、二甲基咪唑的浓度为80~250 mg/mL。

步骤（1）所述的高温煅烧，采用的惰性气体为高纯氩气，煅烧温度为750~850 ^oC，煅烧时间为0.5~3 h。

步骤（2）所述的混合溶液，四水合钼酸钠的浓度为2~10 mg/mL、硫脲的浓度为4~18mg/mL。

步骤（2）所述的水热反应的温度为180~220 ^oC，保温时间为18~48 h。

上述制备方法得到的二硫化钼/碳复合材料在电催化析氢材料中的应用。

本发明的积极效果体现在：

（1）本发明可以通过调控金属有机框架的方法制得形貌规则、尺寸均一的碳材料，有利于二硫化钼在其表面致密、牢固地生长。