[发明专利]一种负载二硫化钼纳米花的多孔碳电催化析氢材料及制法

说明书

本发明涉及电催化析氢技术领域，且公开了一种负载二硫化钼纳米花的多孔碳电催化析氢材料，丙烯腈单体和甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯在引发剂的作用下共聚，通过煅烧，得到氮磷共掺杂多孔碳材料，由于氮原子的电负性和碳接近，提高了多孔碳材料的电化学性质和电化学催化活性，磷原子的存在提高了多孔碳的比表面积，以多孔碳材料为载体，合成具有独特形貌的纳米花状二硫化钼，由于多孔碳材料具有纳米尺寸的孔道，可以将二硫化钼纳米花均匀分布在其孔隙内，形成复合催化材料，同时，导电性优异的氮磷共掺杂多孔碳材料可以提高催化剂的电子传递速率和导电性能，表现出更低的析氢过电位和优异的电解水析氢活性。

技术领域

本发明涉及电催化析氢技术领域，具体为一种负载二硫化钼纳米花的多孔碳电催化析氢材料及制法。

背景技术

纳米多孔碳是一种具有独特的多孔形貌的纳米材料，由于其较大的比表面积、丰富的电化学活性位点、较大的内部空间等优良性能，能够有效防止堆叠，拥有较快的传质和电荷转移速率，还能缩短离子传输距离，因此在吸附剂、能源存储、超级电容器等领域受到广泛研究，而杂原子掺杂多孔碳相对于普通多孔碳来说，表面性能和导电性更好，使得水溶液可以很容易的扩散进入反应的活性位点，同时提供了丰富的可供反应物水与产物氢气转移的渠道，可以为多孔碳在电解水催化析氢领域的应用提供更优异的条件，杂原子掺杂多孔碳也因此受到了更为广泛的研究。

二硫化钼作为过渡金属二硫属化物中的一种，在燃料电池和电容器等领域表现出优秀的性能，同时，二硫化钼的氢键结合的自由能与贵金属铂非常接近，因此在电解水催化析氢领域受到了广泛研究，由于二硫化钼电催化活性位点位于其边缘位置，活性位点数量有限，而且二硫化钼自身导电性较差、二硫化钼纳米片容易堆积等原因导致其电解水催化析氢性能受到了较大程度的限制，因此对二硫化钼进行形貌改进以及掺杂高导电性的材料来提高其比表面积和电解水催化活性还需要更进一步的研究，而将二硫化钼与多孔碳材料进行复合，可以大大提高其导电能力，同时由于多孔碳材料的表面积大，可以有效防止二硫化钼堆积，有效提高了二硫化钼的电解水催化析氢活性。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种负载二硫化钼纳米花的多孔碳电催化析氢材料及制法，解决了二硫化钼电催化分解水析氢活性较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种负载二硫化钼纳米花的多孔碳电催化析氢材料，所述负载二硫化钼纳米花的多孔碳电催化析氢材料制备方法包括以下步骤：

(1)向反应器中加入甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯、丙烯腈、二乙烯基苯、十六烷和偶氮二异丁腈混合作为油相，将十二烷基磺酸钠、亚硝酸钠和蒸馏水，混合作为水相，将油相缓慢加入到水相中，搅拌均匀后在氮气氛围中升温至60-80℃反应6-10h，得到含磷聚丙烯腈；

(2)向反应器中加入蒸馏水、含磷聚丙烯腈和氯化锌，搅拌均匀后，真空干燥除去水分，将干燥后的产物在至管式炉中，先在空气氛围中260-300℃下预氧化1-3h，然后在氮气氛围中，在700-800℃下碳化30-60min，产物洗涤并离心，得到氮磷共掺杂多孔碳材料；

(3)向蒸馏水溶剂中加入氮磷共掺杂多孔碳材料、钼酸钠、四丁基溴化铵、氟化钠和硫脲，加入稀盐酸调节溶液pH为5-6，搅拌均匀后转移至反应釜中，在180-220℃下反应20-30h，产物离心、洗涤并干燥后，产物置于管式炉中在氮气氛围下，700-750℃中退火处理1-2h，得到负载二硫化钼纳米花的多孔碳电催化析氢材料。

优选的，所述步骤(1)中的甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯、丙烯腈、二乙烯基苯、十六烷、偶氮二异丁腈、十二烷基磺酸钠和亚硝酸钠的质量比为10-25:100:0.8-1.2:4.5-6.5:1.5-2.5:1-1.8:0.3-0.4。