一种电催化材料及其制备方法

本申请属于电催化，特别是涉及一种电催化材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，由于氢能的清洁性和铂钯等贵金属催化剂的高成本性，使得寻找廉价的析氢催化剂成为众多科研工作者的研究方向(nano energy 42(2017)69–89)。具有类石墨结构的过渡金属硫族化合物(tmds)材料由于其独特的物理化学性质引起人们广泛关注。研究发现，tmds材料在电催化领域表现出的优异的性能使其在电催化析氢反应(her)应用中有望代替铂、钯等贵金属催化剂。

2、tmds材料通常具有多相态结构，主要有1t、2h和3r三种相态，自然界中的tmds大多以其稳定相2h相的形式存在(chem.soc.rev.,2015,44,2702—2712)。2h相是一种半导体相并且活性位点有限，从而表现出较差的her性能；而1t相具有类金属的导电能力和更多的活性位点，因此将2h相转化为1t相成为一项很有意义的研究课题。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、基于现有的催化材料在电催化析氢过程中不稳定的问题，本申请提供了一种电催化材料及其制备方法。

3、2.技术方案

4、为了达到上述的目的，本申请提供了一种电催化材料，所述材料由2h-mos2和碱金属碳酸盐经过高温煅烧制得。

5、本申请提供的另一种实施方式为：所述2h-mos2为商业二硫化钼粉末晶体，纯度大于99％。

6、本申请提供的另一种实施方式为：所述碱金属碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或者碳酸氢钾。

7、本申请提供的另一种实施方式为：所述2h-mos2与所述碱金属碳酸盐的摩尔比为2:2、2:3或者2:4。

8、本申请提供的另一种实施方式为：所述方法包括：

9、步骤s1、将2h-mos2和碱金属碳酸盐置于玛瑙研钵中研磨均匀；

10、步骤s2、将上述混合均匀的固体粉末转移到刚玉舟中，置于管式炉内，在惰性气氛下高温煅烧；

11、步骤s3、待管式炉降至室温后，取出样品，用蒸馏水将样品转移至离心管中，进行超声分散；

12、步骤s4、待样品充分分散于蒸馏水中，然后离心洗去混合物中未反应的碱金属碳酸盐，最后置于烘箱中烘干便得到1t′-mmos2。

13、本申请提供的另一种实施方式为：所述研磨时间为10min～30min。

14、本申请提供的另一种实施方式为：所述惰性气氛为氮气、氩气或氢氩混合气，煅烧温度为650℃～950℃，煅烧时间为6～10h。

15、本申请提供的另一种实施方式为：所述超声时间为3～5h。

16、本申请提供的另一种实施方式为：所述离心洗涤方式为乙醇和蒸馏水交替洗涤，离心洗涤所使用的转速为8000～10000r/min，单次离心时间为2～10min。

17、本申请提供的另一种实施方式为：对于所述离心洗涤后的样品在60～120℃下进行真空烘干。

18、3.有益效果

19、与现有技术相比，本申请提供的电催化材料及其制备方法的有益效果在于：

20、本申请提供的电催化材料，为高稳定金属相三元过渡金属硫族化合物电解水析氢催化剂的制备方法，通过熔融碱金属碳酸盐辅助插层手段促使2h-mos2发生相转变的方法，制备了三元1t′-mmos2(a＝na、k)材料。

21、本申请提供的电催化材料，1t′相乃是一种扭曲的1t相，具有与之相似的结构和物理、化学性质。

22、本申请提供的电催化材料，为具有优异电催化性能的三元1t′-mmos2电催化材料。

23、本申请提供的电催化材料的制备方法，采用高温煅烧辅助插层法，利用高温煅烧的方式向2h-mos2中插入碱金属离子，因为na2co3的熔点为851℃，且当其处于高温下往往会发生分解；mos2的熔点为2375℃。当管式炉温度升至950℃时na2co3会变为熔融态，此时mos2仍以固体粉末的形态分散于熔融态na2co3中，其中，部分na2co3会在该温度下发生分解，分解产生的na单质在高温下具有很强的还原性，在熔融na2co3中高度分散的na单质细小“液滴”与2h相mos2粉末发生氧化还原反应，并且在熔融碱的辅助下完成插层，生成1t′相三元双金属硫化物namos2，可能的分解反应如下：

24、na2co3→na2o+co2↑(高温)  (3-1)

25、2na2o→2na+na2o2(高温)   (3-2)

26、2na2o2→2na2o+o2↑(高温)  (3-3)

27、na+mos2→namos2(高温)  (3-4)

28、通过高温煅烧可控的得到不同纯度的1t′-mmos2，并实现高纯1t′相的制备。其中1t′-mmos2是一种稳定的三元化合物，使得产物在电催化析氢过程中避免发生由1t′相向2h相的逆转变，从而表现出优异的稳定性。并且该法操作简便，有望实现工业化生产。

技术特征：

1.一种电催化材料，其特征在于：所述材料由2h-mos2和碱金属碳酸盐经过高温煅烧制得。

2.如权利要求1所述的电催化材料，其特征在于：所述2h-mos2为商业二硫化钼粉末晶体，纯度大于99％。

3.如权利要求2所述的电催化材料，其特征在于：所述碱金属碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或者碳酸氢钾。

4.如权利要求3所述的电催化材料，其特征在于：所述2h-mos2与所述碱金属碳酸盐的摩尔比为2:2、2:3或者2:4。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电催化材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括：

6.如权利要求5所述的电催化材料，其特征在于：所述研磨时间为10min～30min。

7.如权利要求6所述的电催化材料，其特征在于：所述惰性气氛为氮气、氩气或氢氩混合气，煅烧温度为650℃～950℃，煅烧时间为6～10h。

8.如权利要求7所述的电催化材料，其特征在于：所述超声时间为3～5h。

9.如权利要求8所述的电催化材料，其特征在于：所述离心洗涤方式为乙醇和蒸馏水交替洗涤，离心洗涤所使用的转速为8000～10000r/min，单次离心时间为2～10min。

10.如权利要求8所述的电催化材料，其特征在于：对于所述离心洗涤后的样品在60～120℃下进行真空烘干。

技术总结
本申请属于电催化技术领域，特别是涉及一种电催化材料及其制备方法。现有的催化材料在电催化析氢过程中不稳定。本申请提供了一种电催化材料，所述材料由2H‑MoS<subgt;2</subgt;和碱金属碳酸盐经过高温煅烧制得。通过熔融碱金属碳酸盐辅助插层手段促使2H‑MoS<subgt;2</subgt;发生相转变的方法，制备了三元1T′‑MMoS<subgt;2</subgt;(A＝Na、K)材料。1T′‑MMoS<subgt;2</subgt;是一种稳定的三元化合物，使得产物在电催化析氢过程中避免发生由1T′相向2H相的逆转变，从而表现出优异的稳定性。

技术研发人员：田克松,张博森,高亚柔,赵强,王海燕,郭万春
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15