[发明专利]一种多金属掺杂的二硫化钼材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多金属掺杂的二硫化钼材料及其制备方法和应用。所述多金属掺杂的二硫化钼材料是以三氧化钼为基底，在三氧化钼的范德瓦尔斯层间插入多种金属的原子后，再进行硫化反应所形成的材料；多种金属包括第一金属和第二金属；多种金属的总摩尔数与二硫化钼的摩尔数之比为(0.04～0.15)：1；第一金属和第二金属选自锡、铁、钴、镍、金、银、铂、钯中的一种，第一金属和第二金属不相同。本发明所提供的多金属掺杂的二硫化钼材料，在电催化制氢领域具有极高的应用前景，尤其是在酸性介质中，应用性能更优。所述多金属掺杂的二硫化钼材料耐久性更好，循环一万次以上性能仍然稳定，电阻抗较低，阻抗反映了材料良好的导电性。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，尤其涉及一种多金属掺杂的二硫化钼材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢气是一种清洁可再生的新型燃料，对替代传统化石燃料，实现产业技术升级具有重要意义。氢能的燃烧值极高，且其燃烧产物只有H₂O，不会产生任何污染物和温室气体如CO₂。更重要的是，氢能的获取可直接通过电解水析氢反应获取，原料丰富。析氢反应的过电位较高，一般需铂类贵金属作催化剂以降低过电位，而贵金属催化剂价格昂贵且资源短缺，因此限制了电解水制氢在工业上的广泛应用。

在众多的非铂析氢反应电催化剂中，近年来研究最多的是过渡金属硫属化合物的电催化剂，如钼、钨的硫化物及硒化物，MoS₂系催化剂因价廉易得且具有高催化效率，受到很大关注。MoS₂具层状结构，Mo原子层夹在两S原子层间形成三明治结构，存在1T、2H、3R三种晶型(1T-MoS₂为亚稳性，具金属性，2H-MoS₂为稳定相，具半导体性，3R-MoS₂也为亚稳性)。通常，在取代掺杂改性之后，可以有效地调节半导体的局部电导率和电荷密度。同样，掺杂到MoS₂基质中的杂原子可以通过改变其局部电荷密度或产生硫空位在基面上。与相工程方法相比，杂原子掺杂策略可以获得稳定的产物，而1T相MoS₂是亚稳态的。然而，许多常见的杂原子引入方法，例如等离子体掺杂技术、高温合成、电化学沉积、或水热转化方法等通常仅引入掺杂了金属原子的MoS₂。这些合成方法的一个缺点是杂原子容易形成簇或倾向于富集边缘或形成具有各种化学组成的分离相，而不是获得均匀的掺杂相。

发明内容

基于现有技术的缺陷，本发明提供一种多金属掺杂的二硫化钼材料及其制备方法和应用。

本发明一方面提供一种多金属掺杂的二硫化钼材料，是以三氧化钼为基底，在三氧化钼的范德瓦尔斯层间插入多种金属的原子后，再进行硫化反应所形成的材料；

所述多种金属包括第一金属和第二金属；所述多种金属的总摩尔比相对于所述二硫化钼(以钼计)的摩尔比为(0.04～0.15)：1；

所述第一金属和所述第二金属各自独立地选自锡、铁、钴、镍、金、银、铂、钯中的一种，且所述第一金属和第二金属不相同。

本发明所述的多金属掺杂的二硫化钼材料，其中，优选地，所述第一金属为钴或钯中的一者，第二金属为钴或钯中的另一者，所述钴与钯的摩尔比为(5～17)：(3～13)；

或，所述第一金属为铁或铂中的一者，第二金属为铁或铂中的另一者，所述铁与铂的摩尔比为(5～17)：(0.5～5)。

本发明所述的多金属掺杂的二硫化钼材料，其中，优选地，所述多种金属还包括第一金属、第二金属和第三金属，所述第一金属、第二金属、第三金属各自选自钴、钯或铁中的一者，且第一金属、第二金属、第三金属互不相同；其中，钴：钯：铁的摩尔比为(5～17)：(3～13)：(5～17)。