[发明专利]一种超大层间距二硫化钼/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超大层间距二硫化钼/碳复合材料及其制备方法，用于提高电催化析氢的效率。该方法采用两步水热反应合成并通过退火处理碳化，形成了超大层间距MoS₂与层间碳复合材料，超大层间距的MoS₂有利于电荷与氢气的传出，并且原位形成的碳对于提升二维半导体材料有非常良好的效果，本发明的技术思路简单清晰，复合材料对于电催化析氢性能显著增加；本发明公开了水热法制备超大层间距MoS₂/C的技术思路。

【技术领域】

本发明属于电催化析氢领域，具体涉及一种超大层间距二硫化钼/碳复合材料及其制备方法。

【背景技术】

全球气候的变暖以及化石燃料的急剧减少使得人们越来越关注新型可持续能源的开发与利用，其中风能和太阳能被认为是最具有潜力的新型能源。然而风能和太阳能都是间歇性的，无法满足人们日常生活中持续供能的要求，因而现有的能源结构体系已经越来越不能满足人类社会高速发展的基本要求。因此，拓展开发新型的可持续能源的存储及转换形式，进一步增大绿色能源在目前能源体系中的比重，进而实现完全替代传统的化石能源，成为了科学界的研究热点及难点。

近年来，以氢能为核心的新型能源体系是目前绿色可持续能源的重要组成部分，通过电能驱动将水分子的化学键断裂开再进行重组，制备出氧气和氢气，进而满足人们对于可持续发展的绿色能源的需求。在常温常压下电催化分解水的热动力学最小理论电压为1.23V，然而在半反应过程中由于涉及电子的转移、电解液等多重因素，导致反应动力学能垒的叠加进而形成过电势。因此，开发高性能、低成本的电催化剂成为了学术界和工业界的研究重点。

基于二维材料的电催化剂成为近年来的研究热点。以二维过渡族金属硫族化合物中的典型代表二硫化钼(MoS₂)为例，其具有超大的比表面积、丰富的边缘悬挂键、较高的表面活性等特点。密度泛函理论(DFT)计算发现，MoS₂的边界具有可以与Pt相媲美的氢吸附自由能，实验研究工作也表明MoS₂的边缘原子相具有更高的催化活性，且层数越薄其边缘原子的析氢活性就越高。大量研究工作从理论和实验方面均为MoS₂作为高性能电催化剂的实现提供了可能。然而，作为半导体材料，MoS₂的本征导电性较差直接影响到了其性能的释放，目前有研究者通过多种手段改善提升MoS₂导电性，例如直接与导电性优异的基底复合，引入掺杂元素等等。尽管这些设计都在不同程度上对MoS₂的性能改善有一定的提高，但仍不能满足高性能催化剂要求，因此，对于MoS₂材料的改性研究还有待于改善。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种超大层间距二硫化钼/碳复合材料及其制备方法。该方法通过两步水热反应制备出超大层间距的MoS₂，提高材料的导电性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种超大层间距二硫化钼/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在水中混合二水合钼酸钠和硫脲，进行水热反应，反应体系冷却后得到MoS₂溶液；

步骤2，将步骤1得到的MoS₂溶液离心清洗后烘干，得到MoS₂粉末；

步骤3，混合步骤2得到的MoS₂粉末和十二胺得到混合粉末，十二胺的加入量为MoS₂粉末质量的0.1％～0.5％；将混合粉末加入水中进行水热反应，反应体系冷却后得到水热反应产物，将水热反应产物离心清洗并烘干后得到粉末状的二硫化钼和十二胺的复合材料；

步骤4，将粉末状的二硫化钼和十二胺的复合材料退火处理，得到超大层间距二硫化钼/碳复合材料。

本发明的进一步改进在于：