一种用于电催化析氢的二碲化钨纳米片的制备方法与流程

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种碲化钨纳米片制备方法及其在电催化析氢反应方面的应用。

背景技术：

二碲化钨是一种具有类石墨烯层状结构的过渡金属硫族化合物，其片层状结构以x–m–x的形式组成，其中x表示碲原子，m表示钨原子，即由夹在两层碲元素原子之间的六边形填充的金属原子层组成。根据层与层之间的堆叠方式和对称性的不同，过渡金属硫族化合物的晶体结构由2h、1t和3r三种结构组成(其中，1t相结构的轻微扭曲形成1t’相)。这三种晶体类型具有相似的结构，但性质却大相径庭，比如，wte2和mote2的热力学稳定相是1t相，具有半金属性质。ws2和wse2的热力学稳定相是2h相，具有半导体性质。3r相二硫化物的制备比较困难，也具有半导体性质。

相比于最常见的ws2、mos2等过渡金属二硫化物，wte2在常温条件下的稳定相为1t’相，带隙宽度几乎为0，具有优异的电子传输能力，在催化过程中能够实现电子的快速扩散，这有利于其催化性能的提高。同时垂直超薄的纳米片凭借高的比表面积可以暴露更多的活性位点，这有利于二碲化钨纳米片材料her性能的提高。二碲化钨纳米片的边缘活性位点具有近似于贵金属pt的氢吸附吉布斯自由能，而氢吸附吉布斯自由能在电化学析氢反应催化剂中具有标志性的作用。综上所述，二碲化钨纳米片具有成为优异的电化学析氢反应催化剂的潜力。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种在碳布上合成制备wte2纳米片的方法，有效提高材料整体的导电性，增强电子的传输效率，从而提高电催化性能。本发明采用的是结合水热法和化学气相沉积法，操作方法简单、成本低廉、程序可控。通过调控水热反应物的量以及cvd反应前驱体的温度、时间，即可获得均匀可控的wte2纳米片。本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于电催化析氢的二碲化钨纳米片的制备方法，包括下列步骤：

1)在配制好的钨酸钠溶液中逐滴加入硝酸溶液。

2)取步骤1)的溶液到高压釜中，将碳布清洗干净后放入高压釜中并密封，在170-190℃下保持一段时间；

3)将高压釜冷却至室温后，取出碳布，清洗并干燥处理后于330-370℃下煅烧一段时间，得到三氧化钨/碳布(wo3/cc)；

4)将上述制备的三氧化钨/碳布(wo3/cc)放入管式炉进行煅烧，升温至550-650℃，同时将适量碲粉放到管式炉的上游区域，使得这块上游区域的反应温度为450℃，同时通入ar和h2，管式炉保温一段时间，后随炉冷却至室温，取出二碲化钨/碳布(wte2/cc)。

优选地，步骤1)中，在配制好的钨酸钠溶液中逐滴加入硝酸溶液，直到ph＝2。

步骤2)中，在170-190℃下保持12小时。

步骤3)中，于330-370℃下煅烧2小时。

与现有的技术相比，本发明获得的碳布上生长的wte2分布均匀，尺寸较大，品质较高，方法简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明制备的三氧化钨/碳布的sem图像。

图2为本发明制备的二碲化钨/碳布的sem图像。

图3为本发明制备的三氧化钨/碳布的xrd图谱。

图4为本发明制备的二碲化钨/碳布的xrd图谱。

本发明未述及之处适用于现有技术。

以下给出本发明制备方法的具体实施实例。实例仅用于进一步说明本发明制备方法，并不限制

本技术：
权利要求的保护范围。

实例1

0.6g钨酸钠溶解于40ml去离子水中，搅拌30min得到均匀的溶液。逐滴加入硝酸溶液，直到ph＝2。取上述制备的溶液到不锈钢高压釜(50ml)中，然后将一片碳布(1cm×2cm)依次用高锰酸钾，去离子水和乙醇超声清洗，放入高压釜中并密封，并在180℃下保持12小时。将高压釜冷却至室温后，取出碳布，并用去离子水和乙醇冲洗数次，并于80℃下在环境空气中干燥。最后将得到的氧化钨/碳布(wo3/cc)在空气中于350℃下煅烧2小时。

将上述制备的wo3/cc放入管径为1英尺的管式炉中心部位进行煅烧，以25℃/min升温至600℃，同时将0.5g碲粉放到管式炉的上游部分区，使这块区域的反应温度为450℃，同时通入ar和h2，管式炉保温2小时，后随炉冷却至室温，取出二碲化钨/碳布(wte2/cc)。

实例2

考虑到上述实例中一次制备三氧化钨的量太少，通过增加前驱体量可以实现三氧化钨的制备。1.5g钨酸钠溶解于40ml去离子水中，搅拌30min得到均匀的溶液。逐滴加入硝酸溶液，直到ph＝2。取上述制备的溶液到不锈钢高压釜(50ml)中，然后将一片碳布(1cm×2cm)依次用高锰酸钾，去离子水和乙醇超声清洗，放入高压釜中并密封，并在180℃下保持12小时。将高压釜冷却至室温后，取出碳布，并用去离子水和乙醇冲洗数次，并于80℃下在环境空气中干燥。最后将得到的氧化钨/碳布(wo3/cc)在空气中于350℃下煅烧2小时。其它的实验步骤相同。

实例3

通过控制管式炉的保温时间，可以控制二碲化钨纳米片的大小和厚度，其它实验条件不变。将管式炉的保温时间减半，变为保温1小时，得到变薄变小的二碲化钨纳米片。

本发明选用碳布作为基底，在其表面合成wte2纳米片，可以暴露出更多的活性位点，有利于电催化析氢。用水热法和化学气相沉积方法制备二碲化钨，操作简单，制备的材料尺寸和厚度可控，成本低廉，适合进行大规模制备，但是制备大尺寸、均匀可控的wte2仍具有挑战性。本发明可以简单高效地在碳布上制备二碲化钨纳米片，提高材料整体的导电性，从而提高电催化性能。

技术特征：

1.一种用于电催化析氢的二碲化钨纳米片的制备方法，包括下列步骤：

1)在配制好的钨酸钠溶液中逐滴加入硝酸溶液。

2)取步骤1)的溶液到高压釜中，将碳布清洗干净后放入高压釜中并密封，在170-190℃下保持一段时间；

3)将高压釜冷却至室温后，取出碳布，清洗并干燥处理后于330-370℃下煅烧一段时间，得到三氧化钨/碳布(wo3/cc)；

4)将上述制备的三氧化钨/碳布(wo3/cc)放入管式炉进行煅烧，升温至550-650℃，同时将适量碲粉放到管式炉的上游区域，使得这块上游区域的反应温度为450℃，同时通入ar和h2，管式炉保温一段时间，后随炉冷却至室温，取出二碲化钨/碳布(wte2/cc)。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，在配制好的钨酸钠溶液中逐滴加入硝酸溶液，直到ph＝2。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，在170-190℃下保持12小时。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，于330-370℃下煅烧2小时。

技术总结
本发明涉及一种用于电催化析氢的二碲化钨纳米片的制备方法，包括下列步骤：在配制好的钨酸钠溶液中逐滴加入硝酸溶液；取步骤1)的溶液到高压釜中，将碳布清洗干净后放入高压釜中并密封，在170‑190℃下保持一段时间；将高压釜冷却至室温后，取出碳布，清洗并干燥处理后于330‑370℃下煅烧一段时间，得到三氧化钨/碳布(WO3/CC)；将上述制备的三氧化钨/碳布(WO3/CC)放入管式炉进行煅烧，升温至550‑650℃，同时将适量碲粉放到管式炉的上游区域，使得这块上游区域的反应温度为450℃，同时通入Ar和H2，管式炉保温一段时间，后随炉冷却至室温，取出二碲化钨/碳布(WTe2/CC)。

技术研发人员：马丽颖;林婉莹;赵乃勤;师春生;何春年;何芳;刘恩佐;沙军威
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2020.08.25
技术公布日：2020.12.29