一种微米二硫化钼(MoS2)析氢电催化材料、制备方法及其在析氢电催化中的应用，属于催化材料技术领域。是将四水合七钼酸铵H24Mo7N6O24·4H2O溶解在溶剂中，配成0.025～0.05mol/L的溶液，加入硫脲CH4N2S，四水合七钼酸铵与硫脲的摩尔比为1∶30～1∶40，搅拌使溶液混合均匀，然后进行水热反应，反应完成后自然降温至室温，经离心、洗涤、干燥后得到微米级二硫化钼析氢电催化材料。本发明专利技术方法成本价廉，生产工艺简单易控，制备的微米片形貌比较均一，产物产出率高，适合大规模的工业生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化材料
，具体涉及一种微米二硫化钼(MoS2)析氢电催化材料、制备方法及其在析氢电催化中的应用。
技术介绍
作为一种过渡族金属二硫化物，层状结构的二硫化钼半导体材料，具有良好的光、电、润滑、催化等性能。层状二硫化钼结构微米片的内部和边缘的原子键价是不同的，内部的原子是饱和的，而边缘的原子是不饱和的，形成悬空键，即边缘活性位Mo-S棱面。Mo-S棱面越多，催化性能方面就会具有比表面积大、吸附能力强、反应活性高等优点(魏荣慧，纳米二硫化钼的制备及其理化性质研究[D].吉林大学，2008.05)。研究中多有报道MoS2的制备：Climax钼公司MoS2生产工艺流程是首先将含Mo≥56％的辉钼矿精矿在650℃下焙烧2h，充氮焙烧后赋存在钼精矿中的黄铁矿转化为磁黄铁矿。焙烧后的磁黄铁矿易于被硫酸浸出。俄罗斯Sazanov.N.P等合成MoS2的方法是热解三硫化钼与硫代钼酸钠混合物，即将1：1.2(质量)的三硫化钼与硫代钼酸钠在500～635℃的温度下热解约2小时，冷却后得MoS2产品。产出的MoS2纯度高，平均粒径小[Sazanov N P.Preparation Method for Molybdenum Disulfide[P].RU2156318，2000-09-20]。另一方面，由于燃烧热值高，燃烧产物(水)无环境污染等优点，氢气是公认的有希望成为未来人类所使用的清洁能源之一，但是氢气的有效制取是限制氢气广泛应用的瓶颈。目前制取氢气的方法很多，其中水电解制氢由于其设备简单、不产生污染、产物纯度高等特点备受关注[W.T.Hong,M.Risch,K.A.Stoerzinger,A.Grimaud,J.Suntivich and Y.Shao-Horn,Toward the rational design of non-precious transition metal oxides for oxygen electrocatalysis[J],Energy Environ.Sci.,2015,8,1404-1427]。由于电极上的极化作用导致了析氢过电位的存在，在实际电解时析出氢的过电位高意味着电解时要消耗较多的电功。所以，研发析氢电极，就要具有较低的阻抗和较低的过电位[K.Zeng and D.K.Zhang,Recent progress in alkaline water electrolysis for hydrogen production and applications[J],Prog Energ Combust.,2010,36,307-326]。析氢效果好坏可以用析氢过电位、塔菲尔斜率和交流阻抗衡量。析氢过电位是指电极发生氧化还原的起始电势；塔菲尔曲线代表了参与反应的电子数和反应机理。析氢过电位绝对值越小、塔菲尔斜率越小，阻抗越小则意味着材料的电阻越小、导电性越好、析氢效果越好。商业化的铂电极具有最低的析氢过电位(接近于0伏，相对于可逆氢电极)，塔菲尔斜率为30mv/dec。催化效果好，性能稳定，但是它价格昂贵、资源匮乏，找寻新的代替型析氢电极迫在眉睫。MoS2是广泛研究的替代铂的析氢电极之一。现阶段，多种MoS2的合成以及其作为析氢电极材料已被文献报导，但是它们具有一定的局限性。中国专利(CN 102849798 A)提供一种MoS2微米片薄膜的制备及其用于析氢电极材料，该方法制得的MoS2微米片竖立有序地生长在基底上，形成MoS2薄膜，该薄膜塔菲尔斜率小(52mV/dec)，有较高的电化学稳定性，其缺点是制备较为繁琐和具有较高的析氢过电位(-30mv)。中国专利(CN 105126876 A)通过水热法实现生物质的水热碳包覆在花状ZnO表面，随后经高温碳化和酸刻蚀后，得到了花状的碳材料。然后再以导电的花状碳为基板与四硫代钼酸铵溶剂热反应最终得到MoS2纳米颗粒负载在花状碳上的纳米复合材料，该方法得到的MoS2复合碳材料具有较低析氢起始电位(～110mV)、较小的塔菲尔斜率(65mV/dec)和稳定性，其缺点是制备过程过于繁琐。文献报道用溶剂热法氧化石墨烯和(NH4)2MoS4在有机溶剂中加热反应制备微米二硫化钼与石墨烯复合材料[Yanguang Li,Hailiang Wang,Liming Xie,Yongye Liang,Guosong Hong,and Hongjie Dai,MoS2 Nanoparticles Grown on Graphene:An Advanced Catalyst for the Hydrogen Evolution Reaction[J],J.Am.Chem.Soc.2011,133,7296-7299]，并将其作为析氢电极，析氢过电位在0.1V左右，塔菲尔斜率为41mv/dec。该方法具有过电位低、电流较大等优点，但是制备过程繁琐，不便于工业化的推广。迄今为止，已报道的MoS2材料合成多通过水热法、溶剂热法等方法反应构筑，为得到具有较低析氢过电位的MoS2材料，多加入石墨烯或者碳纳米管等具有高传导性的辅助材料。该方法通常会形成较大颗粒的聚集体，而难以得到微米或纳米级材料，且石墨烯或者碳纳米管等这些导电基体的制备过程往往成本较高，而且环境污染较大，难以高效可控合成具有较低析氢过电位的微米级MoS2材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微米(1.0～2.0微米)二硫化钼(MoS2)析氢电催化材料及其制备方法。本专利技术选择廉价的四水合七钼酸铵为钼源，硫脲为硫源，通过选择特定的有机溶剂，简单的一步反应制得微米级MoS2材料。从微观层面上实现对MoS2的可控合成，并且通过改变溶剂来改变产品形貌(从片状到片状堆积状，实施例1是片状，实施例2～4是片状堆积)，并可控制合成产物尺寸大小(1.0～2.0微米)，该方法可以证明溶剂的选择对微米级MoS2材料的生长和形成存在较大的影响，对微米级MoS2材料的工业化生产及其应用的拓展具有重要意义。本专利技术所述的一种微米级MoS2材料的制备方法，其步骤如下：将四水合七钼酸铵(H24Mo7N6O24·4H2O)溶解在溶剂中，配成0.025～0.05mol/L的溶液，加入硫脲(CH4N2S)，四水合七钼酸铵与硫脲的摩尔比为1∶30～1∶40，搅拌使溶液混合均匀，然后进行水热反应，反应完成后自然降温至室温，经离心、洗涤、干燥后得到微米级MoS2材料，粒径为1.0～2.0微米。进一步地，所述的溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺、去离子水或体积比为1：1的N,N’-二甲基甲酰胺和去离子水的混合；进一步地，所述的搅拌为磁力搅拌，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌时间为30～40min；进一步地，所述的水热反应温度为200～220℃，水热反应时间为20～24h；进一步地，所述的洗涤为依次用去离子水和乙醇洗涤。本专利技术制备的微米级MoS2材料在电催化析氢反应中的应用：最佳析氢起始在电位-0.18v vs.RHE(相对于可逆氢电极)，塔菲尔斜率是59.5mV/dec，交流阻抗在270欧姆。本专利技术是在溶剂热条件下直接生长出有序的层状MoS2微米片，该合成方法简便，成本低廉，重复性好；所获得的产品结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微米二硫化钼析氢电催化材料的制备方法，其特征在于：将四水合七钼酸铵H24Mo7N6O24·4H2O溶解在溶剂中，配成0.025～0.05mol/L的溶液，加入硫脲CH4N2S，四水合七钼酸铵与硫脲的摩尔比为1∶30～1∶40，搅拌使溶液混合均匀，然后进行水热反应，反应完成后自然降温至室温，经离心、洗涤、干燥后得到微米级二硫化钼析氢电催化材料。
【技术特征摘要】
1.一种微米二硫化钼析氢电催化材料的制备方法，其特征在于：将四水合七钼酸铵H24Mo7N6O24·4H2O溶解在溶剂中，配成0.025～0.05mol/L的溶液，加入硫脲CH4N2S，四水合七钼酸铵与硫脲的摩尔比为1∶30～1∶40，搅拌使溶液混合均匀，然后进行水热反应，反应完成后自然降温至室温，经离心、洗涤、干燥后得到微米级二硫化钼析氢电催化材料。2.如权利要求1所述的一种微米二硫化钼析氢电催化材料的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺、去离子水或体积比为1：1的N,N’-二甲基甲酰胺和去离子水的混合。3.如权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴昉纳，林欢，范卫东，袁雪，肖振宇，董斌，张亮亮，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37
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