二硫化钼、钴修饰的二硫化钼、负载Pd的纳米片及其合成方法和应用技术

本发明专利技术属于材料合成领域，具体涉及纳米材料研究合成领域，更为具体的说是涉及二硫化钼、钴修饰的二硫化钼、负载Pd的纳米片及其合成方法和应用。本发明专利技术公开的MoS2、Co‑MoS2及Co‑MoS2负载Pd纳米片均为超薄二维片状结构，具有优异的HER性能，能够高效催化燃料电池中的HER。通过对合成方法的改进，提供了一种可控的合成方法，并通过该方法制备得到相应的二硫化钼，进一步合成钴修饰的二硫化钼，并且进一步合成负载Pd的钴修饰的二硫化钼纳米片，该纳米片具有优异的HER性能，能够高效催化燃料电池中的HER。

Molybdenum disulfide and Cobalt disulfide modified and Pd loaded nanosheets and their synthesis methods and Applications

The invention belongs to the field of material synthesis, in particular to the research and synthesis of nanomaterials, and more specifically relates to molybdenum disulfide, cobalt modified molybdenum disulfide, nanosheets loaded with Pd and their synthesis methods and applications. The MoS2, Co MoS2 and Co MoS2 loaded Pd nanosheets disclosed by the invention are ultra-thin two-dimensional sheet structures with excellent HR performance and can efficiently catalyze HER in fuel cells. By improving the synthesis method, a controllable synthesis method was provided. The corresponding molybdenum disulfide was prepared by this method, and cobalt modified molybdenum disulfide was further synthesized. The cobalt modified molybdenum disulfide nanosheet loaded with Pd was further synthesized. The nanosheet has excellent HR performance and can efficiently catalyze HER in fuel cells.

【技术实现步骤摘要】
二硫化钼、钴修饰的二硫化钼、负载Pd的纳米片及其合成方法和应用
本专利技术属于材料合成领域，具体涉及纳米材料研究合成领域，更为具体的说是涉及二硫化钼、钴修饰的二硫化钼、负载Pd的纳米片及其合成方法和应用。
技术介绍
随着世界能源需要和环境问题的日益增加，寻找清洁能源迫在眉睫。近年来，氢燃料电池的开发利用，进一步拓宽了能源领域的研究范围。而在设计氢燃料电池的过程中，提高析氢反应(HER)的反应效率(降低HER过电位)成为商业化应用的关键。近年来，研究者从实验(Norskv团队)和理论上(Jaramillo团队)发现层状MoS2的Mo边缘具有最佳的H吸附能(ΔGH＝0.06eV)且在二维片边缘存在较多S的悬挂建，因此具有较优异的HER性能。二硫化钼是一种典型的过渡金属化合物，目前现有技术中二硫化钼主要是以类石墨烯六方密堆积层状结构存在，钼/硫层交替存在，形成类似“三明治”的夹层结构。但是，目前这种结构下的二硫化钼存在比表面积低、形貌不可控等问题，同时由于其结构中活性位点数量较低，因此限制了其的开发和进一步应用。由于硫化物催化剂的性能与其形貌结构有着密切联系，而形貌结构是与其制备方法密切关联的。不同的制备方法获得的形貌结构是不同的，所以对于本领域的技术人员来说，如何通过对制备工艺的改进，实现对二硫化钼形貌和结构的可调控合成，并进一步通过这种可控的方式提高二硫化钼的比表面积和催化活性位点，这是硫化物，特别是二硫化钼纳米材料目前研究的热点问题之一。文献研究表明，Pt-基金属催化剂具有最小HER电位，最高的反应效率，然而Pt价值昂贵，限制了催化剂的广泛应用，因此开发低成本，高性能及高稳定性电催化剂是目前氢燃料电池亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，通过对合成方法的改进，从而提供一种具有更优结构的二硫化钼化合物，从而为钴修饰，以及后期负载Pd后，提供更好的基础结构，从而能够替代Pt这种昂贵的材料，成为一种可期的新型高效的析氢反应催化剂。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种二硫化钼纳米片，该纳米片为超薄二维纳米片。这里所说的超薄二维纳米片是指一类新兴的纳米材料，其具有片状结构，水平尺寸超过100nm或几个微米甚至更大，但是厚度只有单个或几个原子厚(典型厚度小于5nm)。在本专利技术中，所述的二硫化钼纳米片的片层厚度小于5nm。是一种超薄二维纳米片。该超薄的二硫化钼纳米片的合成方法为：将钼源、硫源与二次蒸馏水、丙酸溶液混合，搅拌至混合均匀后，逐步升温至180℃，并在这一温度下反应得到含有MoS2的纳米晶。优选的，在180℃的条件下反应4小时。进一步优选的，所述的钼源为钼酸钠(Na2MoO4.2H2O)。优选的，所述的硫源为硫脲(CS(NH2)2)。在一个优选的技术方案中，各组分的添加比例为Na2MoO4.2H2O0.5mmol，CS(NH2)23mmol，二次蒸馏水16mL，丙酸8mL。进一步优选的，所述搅拌为磁力搅拌，所述搅拌时间为10分钟。在获得超薄二维纳米片二硫化钼的基础上，本专利技术进一步公开钴修饰的二硫化钼，钴修饰的二硫化钼具有超薄二维片状结构。这里所说的超薄二维纳米片是指一类新兴的纳米材料，其具有片状结构，水平尺寸超过100nm或几个微米甚至更大，但是厚度只有单个或几个原子厚(典型厚度小于5nm)。在本专利技术中，所述的钴修饰的二硫化钼纳米片的片层厚度小于5nm。同时，在本专利技术中还进一步公开了所述钴修饰的二硫化钼纳米片的合成方法为：室温(15-35℃)下将超薄二硫化钼纳米片与钴源混合，搅拌均匀后，逐步升温至180℃，并在这一温度下反应得到含有Co-MoS2纳米片的产物，经分散沉降、离心分离得到Co-MoS2纳米片。优选的，所述钴源为硝酸钴(Co(NO3).6H2O)。在一个优选的技术方案中，硝酸钴(Co(NO3).6H2O)的添加量为0.5mmol，超薄二硫化钼纳米片的添加量为0.5mmol。更为优选的是，在180℃条件下反应4小时。进一步优选的，所述搅拌为磁力搅拌，所述搅拌时间为30分钟。更为优选的是，反应后先采用无水乙醇和二次蒸馏水体积比1:1混合液分散沉降，然后再用无水乙醇和正庚烷体积比1:1混合液分散沉降。进一步优选的是，分散沉降、离心分离重复4-5次。同时，还需说明的是，优选的，还包括有真空干燥步骤：将离心分离得到Co-MoS2纳米片进一步真空干燥。同时，在本专利技术中进一步在钴修饰的二硫化钼基础上，进一步公开负载有Pd的钴修饰的二硫化钼，该负载有Pd的钴修饰的二硫化钼为超薄二维片状结构。这里所说的超薄二维纳米片是指一类新兴的纳米材料，其具有片状结构，水平尺寸超过100nm或几个微米甚至更大，但是厚度只有单个或几个原子厚(典型厚度小于5nm)。在本专利技术中，所述的负载有Pd的钴修饰的二硫化钼纳米片的片层厚度小于5nm。进一步的，本专利技术还公开了负载有Pd的钴修饰的二硫化钼纳米片的合成方法为：将钴修饰的二硫化钼(Co-MoS2)纳米片与二次蒸馏水混合，超声处理后，加入钯源，逐步升温至60℃，并在这一温度下反应得到含有Co-MoS2负载Pd纳米片，经分散沉降、离心分离得到含Co-MoS2负载Pd超薄二维纳米片的产物。优选的，所述的钯源为硝酸钯(Pd(NO3)2.2H2O)。在一个优选的技术方案中，各组分的添加比例为，钴修饰的二硫化钼(Co-MoS2)纳米片0.2mmol，二次蒸馏水30mL，Pd(NO3)2.2H2O0.1mmol。进一步优选的，所述超声处理1小时。更为优选的是，反应后采用无水乙醇分散沉降。进一步，优选的是，分散沉降、离心分离重复4-5次。同时，还需说明的是，优选的，还包括有真空干燥步骤。最后，本专利技术还公开了上述二硫化钼超薄纳米片、钴修饰的二硫化钼超薄纳米片、负载Pd的钴修饰的二硫化钼超薄纳米片在制备燃料电池催化剂中的应用。本专利技术通过对合成方法的改进，提供了一种可控的合成方法，并通过该方法制备得到相应的二硫化钼，进一步合成钴修饰的二硫化钼，并且进一步合成负载Pd的钴修饰的二硫化钼纳米片，该纳米片具有优异的HER性能，能够高效催化燃料电池中的HER。并且，值得说明的是，在本专利技术公开的制备方法中，反应条件温和，处理工艺简单，符合批量化工业化生产的要求。对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。附图说明图1为本专利技术中MoS2的TEM图。图2为本专利技术中Co-MoS2纳米片的TEM图。图3为本专利技术中负载Pd原子后的TEM图。图4为本专利技术中Co-MoS2纳米片的mapping图。图5为本专利技术中负载Pd原子后的mapping图。图6为本专利技术中MoS2的XPS图。图7为本专利技术中Co-MoS2纳米片的XPS图。图8为本专利技术中负载Pd原子后的XPS图。图9为本专利技术中MoS2、Co-MoS2纳米片、负载Pd原子后的HER性能测试图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面我们结合具体的实施例对本专利技术进行进一步的阐述。首先要说明的是，除了特别说明，否则以下实施例中所用的试剂和材料均为市售产品。实施例1室温下，称量0.1210g(0.5mmol)Na2MoO4.2H2O，0.2284g(3mmol)CS(NH2)2粉末，并将全部原料一起加入到干燥的容量为50mL的反应釜中，再用移液枪分别量取16mL二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二硫化钼纳米片，其特征在于：该纳米片为超薄二维纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种二硫化钼纳米片，其特征在于：该纳米片为超薄二维纳米片。2.根据权利要求1所述的二硫化钼纳米片，其特征在于：所述的二硫化钼纳米片的片层厚度小于5nm。3.权利要求1或2所述的二硫化钼纳米片的合成方法，其特征在于，该方法为：将钼源、硫源与二次蒸馏水、丙酸溶液混合，搅拌至混合均匀后，逐步升温至180℃，并在这一温度下反应得到含有MoS2的纳米晶；其中：优选的，在180℃的条件下反应4小时；进一步优选的，所述的钼源为钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)；优选的，所述的硫源为硫脲(CS(NH2)2)；在一个优选的技术方案中，各组分的添加比例为Na2MoO4·2H2O0.5mmol，CS(NH2)23mmol，二次蒸馏水16mL，丙酸8mL；进一步优选的，所述搅拌为磁力搅拌，所述搅拌时间为10分钟。4.一种以权利要求1或2公开的二硫化钼为基础制备的钴修饰的二硫化钼，其特征在于：钴修饰的二硫化钼具有超薄二维片状结构。5.根据权利要求4所述的钴修饰的二硫化钼纳米片，其特征在于：该钴修饰的二硫化钼纳米片的片层厚度小于5nm。6.权利要求4或5所述的钴修饰的二硫化钼纳米片的合成方法，其特征在于，该方法为：室温(15-35℃)下将超薄二硫化钼纳米片与钴源混合，搅拌均匀后，逐步升温至180℃，并在这一温度下反应得到含有Co-MoS2纳米片的产物，经分散沉降、离心分离得到Co-MoS2纳米片；其中，优选的，所述钴源为硝酸钴(Co(NO3)·6H2O)；在一个优选的技术方案中，硝酸钴(Co(NO3)·6H2O)的添加量为0.5mmol，超薄二硫化钼纳米片的添加量为0.5mmol；更为优选的是，在180℃条件下反应4小时；进一步优选的，所述搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌云，刘苏莉，张皖佳，张苏迪，穆雪琴，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32