[发明专利]钴钼硫/石墨烯复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种钴钼硫/石墨烯复合材料的制备方法及其应用。该复合材料是按照以下步骤进行制备：a、根据改进的Hummers方法制备氧化石墨；b、通过化学沉淀法合成钴钼硫(CoMoS)前驱体；c、将GO置于CoMoS前驱体溶液中，在油浴条件下用水合肼(N₂H₄·H₂O)还原，然后在N₂气氛下退火处理；d、所得产物用盐酸浸泡，再用去离子水和乙醇清洗，制得CoMoS/RGO复合材料。该复合材料作为析氢反应(HER)的催化剂，表现出优异的催化性能，起始电势仅为28mV，并且当电流密度达到10mA cm^‑2时，电势仅为100mV。在相同的电流密度下，与同条件制得的CoMoS和大块MoS₂相比，CoMoS/RGO复合材料具有明显的优势。本发明还可以拓展到其它催化剂体系的设计，为进一步发展高效、低成本的催化剂提供了新的思路。

技术领域：

本发明涉及钴钼硫/石墨烯复合材料的制备方法及其作为催化剂在析氢反应中的应用。

背景技术：

能源危机和环境污染迫使人们寻找一种可再生的清洁能源来减少化石燃料的消耗。氢气由于其具有较高的能量密度和环境友好的优势，被广泛地认为是最有应用前景的能量载体之一。电化学分解水是一种经济有效的制氢方法。因此，相应的器件需要高效稳定的催化剂来促进析氢反应(HER)。铂(Pt)是目前最有效的HER催化剂，但资源稀少以及成本较高严重地限制了其应用。近年来，大多数关于HER的研究集中在寻找一种可以替代Pt的资源丰富的材料作为催化剂。

二硫化钼由于其独特的结构特性以及适当的吸氢自由能，被看作是一种高效的、有潜力替代Pt的HER催化剂，受到了人们广泛的关注。但是，二硫化钼的催化性能仍然不能与Pt相媲美，主要是因为：(1)二硫化钼的活性位置少，且集中在边缘，表面是惰性的；(2)二硫化钼本身的导电性比较差。为提高二硫化钼的催化性能，国内外科研人员进行了大量的研究，取得了一定的成果。根据文献报道，通过调控尺寸以及形貌、贵金属掺杂、制造硫空位等方法可以增加二硫化钼的活性位置，提高其催化性能；通过将二硫化钼与导电性较好的材料复合，如石墨烯、三维多孔金属、氮掺杂的碳纳米纤维等可以改善二硫化钼的导电性，加快电化学反应速率，提高其催化性能。上述方法对于提高二硫化钼的催化性能来说是非常有效的，但是较高的成本以及复杂的制备工艺制约着催化剂的发展。将二硫化钼与钴合金化可以活化二硫化钼的表面，使其具有更多的活性位置，同时也会引入杂质能级，从而增加催化剂的导电性。此外，石墨烯具有较大的比表面积和良好的导电性，将钴钼硫与石墨烯进行复合，在改善催化剂导电性的同时，还能抑制钴钼硫纳米粒子团聚，增加其活性位置，从而有效地提高催化剂的催化性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结合化学沉淀法和热处理的钴钼硫/石墨烯复合材料的制备方法及其应用。在该复合材料中，钴的引入能活化二硫化钼惰性的表面，使其活性位置增加，提高其催化性能，同时也会引入杂质能级，改善催化剂的导电性；石墨烯具有较大的比表面积和良好的导电性，可有效减小电化学反应过程中的电荷转移电阻，并且能够抑制钴钼硫纳米粒子团聚，增加其活性位置，有利于提高催化性能。该复合材料作为析氢反应的催化剂，表现出优异的催化性能，具有一定的应用前景。本发明还可以拓展到其它催化剂体系的设计，为进一步发展高效、低成本的催化剂提供了新的思路。

本发明上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种钴钼硫/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a、根据改进的Hummers方法合成氧化石墨；