二硫化钼/钛碳化MXene异质结催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及一种二硫化钼/钛碳化mxene异质结电催化剂及其制备方法与应用，属于化工新材料催化领域。

背景技术：

1、相较于半导体相二硫化钼，金属相二硫化钼表现出更高的导电性和更优异的催化活性，进一步通过引入硫空位增加缺陷态的方式可以激活二硫化钼的惰性的基面。这些缺陷态负责氢吸附，但过高的硫空位浓度会产生较高的表面能，削弱结构的稳定性，进而导致性能达到上限，限制了二硫化钼电催化剂发展。因此，若要制备高效的电催化剂，必须通过科学的策略调控二硫化钼改善活性位点密度和不良的电导率。据发明人研究了解，在过去几年中，为了提高二硫化钼的催化活性采用的优化方法包括相变工程、缺陷工程和原位生长构建异质结等。然而，这些方法步骤较为单一、提升效果不明显、结构不稳定等，不利于实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法与应用。本发明结合使用多种调控方法，制备出一种官能团可控的二硫化钼/钛碳化mxene异质结，并且具有高浓度硫空位、有效调节电子结构、有效转移电荷和大幅度提升催化性能的的特性，并在酸碱环境下都表现出优异的电催化活性和稳定性。

2、本发明二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法是采用湿法化学刻蚀块状钛碳化铝，得到薄层钛碳化mxene纳米片，对薄层钛碳化mxene纳米片进行官能团修饰获得官能团修饰的钛碳化mxene纳米片；以薄层二硫化钼纳米片分散液为前驱体，掺杂金属盐获得缺陷态的二硫化钼纳米片；采用静电自组装方法将薄层钛碳化mxene纳米片或官能团修饰的钛碳化mxene纳米片和缺陷态的二硫化钼纳米片组装获得二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂。

3、采用lif-hcl法在30-50℃下刻蚀24-48h，获得的薄层钛碳化mxene纳米片尺寸1~60 μm，厚度1~50 nm；采用乙二醇溶剂热处理法、正丁基锂还原法或naoh热处理法对薄层钛碳化mxene纳米片进行官能团修饰，获得官能团修饰的钛碳化mxene纳米片ti3c2-oh和ti3c2-o。

4、所述缺陷态的二硫化钼纳米片的片层尺寸为<2 μm，厚度为0.67~3.0nm，相态包括2h相、1t相和2h与1t混合相态，硫化钼的硫空位缺陷浓度为钼原子的5~35%，金属原子掺杂量为硫化钼摩尔量1~20%；具体是将块状二硫化钼（尺寸<2μm）置于正丁基锂溶液中，在10~30℃、氮气气氛、超声频率为80~100hz下处理3~10h，正己烷洗涤，干燥，加入去离子水自动剥离，离心洗涤得到薄层二硫化钼纳米片分散液，然后在分散液中加入金属盐，在惰性气氛下搅拌反应后，水洗涤除去多余金属源，获得缺陷态的二硫化钼纳米片，加去离子水分散后获得浓度为0.1~2mg/ml分散液。

5、所述金属盐为钯盐、钴盐、锌盐、铜盐和铬盐等过渡金属盐中的一种或几种。

6、所述静电自组装的薄层钛碳化mxene纳米片或官能团修饰的钛碳化mxene纳米片与缺陷态的二硫化钼纳米片的质量比为1:0.05~0.5。

7、本发明另一目的是提供上述方法制得的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂。

8、本发明另一目的是将二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂应用在电解水制氢中。

9、本发明的有益效果如下：

10、本发明方法结合使用多种调控，制备出一种官能团可控的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂，异质结构优化了二硫化钼和钛碳化mxene界面的局域电子结构，改善了其对氢的吸附能，使得其催化活性增强、析氢性能高度稳定等，催化剂具有高浓度硫空位、有效调节电子结构、有效转移电荷和大幅度提升催化性能的特性，在酸碱环境下都表现出优异的电催化活性和稳定性。

技术特征：

1.一种二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法，其特征在于：采用湿法化学刻蚀块状钛碳化铝，得到薄层钛碳化mxene纳米片，对薄层钛碳化mxene纳米片进行官能团修饰获得官能团修饰的钛碳化mxene纳米片；以薄层二硫化钼纳米片分散液为前驱体，掺杂金属盐获得缺陷态的二硫化钼纳米片；采用静电自组装方法将薄层钛碳化mxene纳米片或官能团修饰的钛碳化mxene纳米片和缺陷态的二硫化钼纳米片组装获得二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂。

2.根据权利要求1所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法，其特征在于：湿法化学刻蚀块状钛碳化铝为采用lif-hcl法在30-50℃下刻蚀24-48h，获得的薄层钛碳化mxene纳米片尺寸1~60 μm，厚度1~50 nm。

3.根据权利要求1所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法，其特征在于：官能团修饰的钛碳化mxene纳米片为ti3c2-oh、ti3c2-o。

4.根据权利要求1所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法，其特征在于：官能团修饰方法为乙二醇溶剂热处理法、正丁基锂还原法或naoh热处理法。

5.根据权利要求1所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法，其特征在于：缺陷态的二硫化钼纳米片的片层尺寸为<2 μm，厚度为0.67~3.0nm，相态包括2h相、1t相和2h与1t混合相态，硫化钼的硫空位缺陷浓度为钼原子的5~35%，金属原子掺杂量为硫化钼摩尔量1~20%。

6.根据权利要求1所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法，其特征在于：金属盐为钯盐、钴盐，锌盐、铜盐、铬盐中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法，其特征在于：静电自组装的薄层钛碳化mxene纳米片或官能团修饰的钛碳化mxene纳米片与缺陷态的二硫化钼纳米片的质量比为1:0.05~0.5。

8.权利要求1-7任一所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法制得的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂。

9.权利要求8所述的二硫化钼/钛碳化mxene异质结催化剂的制备方法在电解水制氢中的应用。

技术总结
本发明公开了一种二硫化钼/钛碳化MXene异质结催化剂的制备方法，该方法采用湿法化学刻蚀块状钛碳化铝，得到薄层钛碳化MXene纳米片，对薄层钛碳化MXene纳米片进行官能团修饰获得官能团修饰的钛碳化MXene纳米片；以薄层二硫化钼纳米片分散液为前驱体，掺杂金属盐获得缺陷态的二硫化钼纳米片；采用静电自组装方法将薄层钛碳化MXene纳米片或官能团修饰的钛碳化MXene纳米片和缺陷态的二硫化钼纳米片组装获得二硫化钼/钛碳化MXene异质结催化剂；本发明二硫化钼/钛碳化MXene异质结催化剂在酸性和碱性介质中具有优异的电催化活性，在电催化析氢等领域具有良好的应用前景。

技术研发人员：王会婷,朱远蹠,李浩,王国静
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13