[发明专利]铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列及其制备方法和应用

说明书

本发明实施例提供了一种铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列，其中，以碳布为基底，铁掺杂硫化钴生长于所述碳布上，形成三角纳米阵列，硫化钼纳米片生长于铁掺杂硫化钴形成的三角纳米阵列上。本申请提供的铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列，碳布作为耐酸耐碱的导电基底，在增加材料导电性的同时，还提高了材料的化学稳定性；将Fe元素掺杂到CoS₂中得到Fe‑CoS₂，通过电子调控来优化CoS₂的电子结构，提升材料的HER催化活性；MoS₂纳米片为超薄纳米片，暴露了更多的催化活性位点；本申请的铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列具有优异的HER催化活性和持久的电化学稳定性。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，特别是涉及铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列及其制备方法和应用。

背景技术

化石燃料的使用带来的环境污染和资源枯竭问题日益严重，人们迫切需要开发新型能源。氢气具有高燃烧值、零污染和可回收利用等优点，是传统化石燃料最具吸引力的替代品之一。电解水是获取氢能的主要手段之一，在阴极会发生析氢反应(HydrogenEvolution Reaction,HER)，此HER过程往往需要加入电催化剂来降低过电位。目前，铂基材料是最有效的HER电催化剂，然而贵金属价格昂贵且资源稀缺，因此限制了电解水制氢在工业上的应用。

具有良好电催活性的催化剂大多数为铂基催化剂，而贵金属催化剂价格昂贵且资源短缺，极大地限制了电解水技术的大规模应用。而非贵金属催化剂的价格低廉且催化活性较高，因此开发非贵金属催化剂具有较强的实用意义。过渡金属硫化物由于其高效的固有催化活性和丰富的自然储量，被认为是替代贵金属催化剂的最有前途的材料。然而目前绝大多数的非贵金属HER催化剂很难兼顾高催化活性和持久的电化学稳定性，缺少实用性。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列及其制备方法，该铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列应作为电催化剂催化析氢反应，具有更优秀的催化性能。

本申请第一方面提供了一种铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列，其中，以碳布为基底，铁掺杂硫化钴生长于所述碳布上，形成三角纳米阵列，硫化钼纳米片生长于铁掺杂硫化钴形成的三角纳米阵列上。

本申请第二方面提供了本申请第一方面所提供的铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将0.025-0.075mol/L的二价钴盐水溶液与0.3-0.5mol/L的2-甲基咪唑水溶液，以体积比1:2-2:1混合，将碳布浸入其中，静置2-6小时，获得CC@Co-MOF；

(2)将所述CC@Co-MOF浸入10-20mg/mL的K₄[Fe(CN)₆]水溶液中，静置6-10h，获得CC@CoFe PBA；

(3)所述CC@CoFe PBA在惰性气氛中与过量硫粉反应，获得CC@Fe-CoS₂；其中，反应温度270-320℃，反应时间1-3小时；

(4)将所述CC@Fe-CoS₂置于含有10-20mmol/L钼酸盐和0.15-0.25mol/L硫脲或硫代硫酸钠的水溶液中，水热反应获得所述铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列。

本申请第三方面提供了本申请第一方面的铁掺杂硫化钴与硫化钼纳米片组装的三角纳米阵列催化析氢反应的用途。