[发明专利]一种杂原子掺杂二硫化钼纳米复合材料的制备及其应用

说明书

本发明涉及一种杂原子掺杂二硫化钼纳米复合材料的制备及其应用，属于电极材料技术领域。所述杂原子掺杂MoSsubgt;2/subgt;纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)采用水热法，在基底上负载2H相MoSsubgt;2/subgt;纳米片；(2)将上述负载MoSsubgt;2/subgt;纳米片的基底浸入金属盐溶液中反应，得到附着金属盐的2H相MoSsubgt;2/subgt;纳米材料；(3)采用气体等离子体轰击所述附着金属盐的2H相MoSsubgt;2/subgt;纳米材料表面，得到产品。本发明利用等离子体产生的动能扭动MoSsubgt;2/subgt;的硫层实现2H到1T相转变，同时解离额外沉积的金属盐，并将杂原子引入MoSsubgt;2/subgt;纳米片中，进一步提高1T相的比例，所制备的杂原子掺杂MoSsubgt;2/subgt;纳米复合材料具有高效的电催化析氢性能。此外，本发明制备方法简单快速，且可规模化制备相转变材料。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，具体涉及一种杂原子掺杂二硫化钼纳米复合材料的制备及其应用。

背景技术

氢气是一种绿色可再生能源，在解决环境和能源危机方面具有巨大的潜力。近年来，电解水的析氢反应是一种有效获取氢气的方法。虽然析氢反应的催化剂大多在酸性电解液中表现出优异的催化活性，但稳定的电极、长循环寿命和廉价的碱性电解环境更适合工业生产。在众多的电催化剂中，铂基催化剂在碱性条件下表现出优异的析氢性能。但是，铂的高成本和稀缺性阻碍其大规模的应用。因此，在不牺牲铂催化活性的前提下，尽量减少铂的含量是非常关键的。

地球资源丰富的二维过渡金属硫化物(如二硫化钼MoS₂)已表现出优异的电催化析氢性能。2H相MoS₂表现最稳定，但在碱性溶液中的电催化析氢活性低，这主要是由于其惰性的表面和较低的电导率。在过去的十年里，人们探索了许多方法来激活其惰性表面。其中，相工程是提高MoS₂固有电导率和表面亲水性，以及诱导金属特性的有效策略之一。迄今为止，通过碱金属插层、机械应变、电子束激发等多种途径实现了2H到1T相的转变。另一种常用的调节MoS₂电催化性能的方法是杂原子掺杂，它不仅可以促使1T相的形成，还可以激活惰性的表面，从而提高电催化活性。然而，到目前为止，杂原子掺杂对2H到1T相的转化率还局限在约40～60％，这主要是因为单元素掺杂主要发生在表面，而不能调节材料内部的结构。此外，这些传统的合成条件比较苛刻，难以规模化。

等离子体处理是一种简便、清洁、高效、可规模化的促使相转变发生的技术。科研人员研究表明，微弱的氩气等离子体轰击可以驱动MoS₂的2H到1T相的转变，但转化率较低约40％。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种杂原子掺杂二硫化钼纳米复合材料的制备及其应用。将利用不同气氛的等离子体轰击吸附金属盐溶液的MoS₂纳米片，通过等离子体的能量扭动MoS₂的硫层促使1T相生成，同时引入杂原子进行掺杂进一步提高1T相转化率。由于1T相的形成以及杂原子掺杂改变了MoS₂纳米片的电子结构，从而使其在碱性电解质中表现出优异的析氢性能。值得注意的是，该体系可制备大面积的电极材料，适用于规模化生产。

按照本发明的技术方案，所述杂原子掺杂MoS₂纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用水热法，在基底上负载2H相MoS₂纳米片；

(2)将步骤(1)所得的负载MoS₂纳米片的基底浸入金属盐溶液中，得到附着金属盐的2H相MoS₂纳米材料；

(3)采用等离子体轰击所述附着金属盐的2H相MoS₂纳米材料表面，得到所述杂原子掺杂MoS₂纳米复合材料。

优选地，所述基底为碳布或泡沫镍。