[发明专利]一种棒状二硫化钼/硫化铜纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种棒状二硫化钼/硫化铜纳米复合材料及其制备方法，属于纳米材料技术领域。本发明利用铜纳米线作为铜源，硫脲同时作为二硫化钼和硫化铜的硫源，通过一步水热法制备得到了棒状二硫化钼/硫化铜纳米复合材料，本发明方法简单、高效，制备得到的棒状二硫化钼/硫化铜纳米复合材料产物尺寸均一、结晶性好，能够应用于二氧化碳的催化领域。当其作为电极时，过电位为‑1V时，其电流密度可达27.1mA·cm^‑2，本发明制备得到的复合材料的电化学稳定性良好，8小时恒电位(‑1V)测试后其电流密度仍可达25.9mA·cm^‑2。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种棒状二硫化钼/硫化铜纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

保护人类赖以生存的环境现已成为国际社会的共识，在保护环境的同时，为未来创造全球规模的可持续能源体系是当今人类面临的最重要的挑战之一。地球大气层提供了水、二氧化碳和氮气等通用原料，尤其是二氧化碳，作为主要的温室气体，对全球气温变化产生不良影响。如何将转化为可利用的资源或能源是人们一直研究的热门。电催化是一种能够将基础原料转化为能源的有效方式，如果能够找到具有特定性能的电催化剂，则可以通过利用电化学过程将这些原料转化为所需的能源。

目前，从大气中或直接从源头捕获的二氧化碳，通过初步电还原将之转化为燃料、日用化学品、精细化学品、聚合物和塑料等前驱体的研究，已经引起了广泛的关注。但目前针对二氧化碳的电催化剂主要以片层(如碳材料，金属氧化物等)材料为主，且多以贵金属作掺杂，存在着形貌单一、成本高昂、电流密度不高(目前研究中，在-1.0V的过电压下，电流密度仅为10～20mA·cm^-2)的问题，大大制约了二氧化碳催化还原的应用与发展。

作为一种典型的二维层状过渡金属硫化物，二硫化钼因其独特的三明治层状结构、优良的载流子迁移率(200cm²·V^-1·S^-1)、极高的电流开关比(10⁸)以及稳定的化学性质而成为近期的研究热点之一。相较于禁带宽度为0的石墨烯，单层二硫化钼的直接禁带宽度可达1.8eV，令其更适合用于构建各类半导体器件。目前，二硫化钼已被广泛应用于集成电路、生物传感器等纳米器件。有研究人员发现二硫化钼在催化领域也具有极大潜力，与传统贵金属催化剂(如铂、钯等)相比，二硫化钼具有制备成本低、比表面积大、耐热性好的优势，因而被视为新一代高质量纳米催化材料。但块材二硫化钼的边缘活性位点少，电子-空穴分离效率低，因而有必要构建二硫化钼的纳米复合材料以进一步优化其催化性能。

硫化铜是一种具有窄带隙(1.8eV)的层状半导体材料，目前已被广泛用于太阳能电池、锂离子电池、超级电容器在内的诸多光电产业领域。硫化铜的电子捕获能力高，并具有较低的初始还原电位，故适宜用作电催化材料。已有报道表明硫化铜可与二硫化钼形成纳米复合材料，并进行了一些应用方面的探索。比如，上海交通大学和河北工业大学的研究人员针对钛-铜-钼合金进行脱合金成分腐蚀，成功地制备了具有一定光催化活性的硫化铜/二硫化钼复合材料；云南大学的郭洪等人则先将氧化亚铜转化为硫化铜，再将二硫化钼水热沉积在硫化铜表面，制得了具有良好锂离子储存能力的纳米复合材料。但上述这些制备方法步骤较为繁琐，且其制备的二硫化钼/硫化铜复合材料均为花瓣状微球，其形貌无法得到调控。

因此，如何通过简单有效的方法制备并调控二硫化钼/硫化铜纳米复合材料的形貌依然是一个挑战，也是进一步提高二硫化钼催化性能的关键问题之一。

发明内容

[技术问题]

本发明要解决的技术问题是通过简单有效的方法制备并调控二硫化钼/硫化铜纳米复合材料的形貌以及提高其催化性能。

[技术方案]

为解决上述问题，本发明首先提供了一种棒状二硫化钼/硫化铜纳米复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：