一种冷等离子体引入缺陷的MoS2自立式催化析氢电极及其制备方法和应用与流程

一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于电催化析氢领域，涉及到一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极及其制备方法和应用。

背景技术：

2.在多种不同的制氢形式中，电解水制氢是目前比较成熟的制氢方法之一，但是在析氢过程中过大的析氢过电位会导致效率低下与能量浪费。当前的高效率电解水制氢电极材料的活性成分主要以贵金属(铂、钌等)单质或其氧化物为主，虽然能够体现优良的电催化活性、有效提升电析氢效率，但较高的原料价格以及贵金属稀缺性限制了其大规模商业应用。因此，开发一种基于非贵金属活性物质、加工方式简单的电析氢催化剂仍然是电解水制氢应用的重要方向之一。
3.近年来，过渡金属基复合电极材料在电催化分解水领域展现出较好的研究进展，基于过渡金属氧化物、硫化物、硒化物、磷化物等不同结构特性材料的电化学析氢电极展现出良好的电催化活性与稳定性。其中，二硫化钼是一种具有类石墨烯结构的二维层状材料。二硫化钼作为一种元素储量丰富、成本低廉的非贵金属催化剂，在能量存储、催化转化等领域受到了研究者的广泛关注。二硫化钼的边缘位点及晶格缺陷处具有良好的催化活性，因此长期被作为电催化析氢反应的催化剂进行研究。但是由于mos2较为优良的晶体学特性，体系催化活性的边缘位及晶体缺陷相对有限，因而电催化活性相对较差。本发明以三维导电碳布(cnfs)表面垂直交错生长的mos2纳米片为基础，通过空气等离子体对纳米片进行表面处理引入晶格缺陷，从而制备pv-mos2/cnfs复合结构电极材料，研究其在电催化析氢电极领域的应用。

技术实现要素：

4.本发明的首要目的在于提供一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极。
5.本发明另一目的在于提供一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极的制备方法。
6.本发明的目的通过下述方案实现：
7.一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将钼源和硫源与水混合，将所得混合溶液与碳布进行水热反应，反应结束后得到复合碳布；
9.(2)将步骤(1)所得复合碳布进行热处理得到mos2/cnfs，再对其进行等离子处理得到pv-mos2/cnfs。
10.优选的，步骤(1)所述碳布在使用前除去表面有机物。
11.步骤(1)所述钼源为二水和钼酸钠(na2moo4·
2h2o)，所述硫源为硫脲((nh2)2cs)；
12.步骤(1)所述钼源与硫源的摩尔比为1.5：3～10。
13.步骤(1)所述钼源与水摩尔体积比为30-60mmol/l
14.步骤(1)所述水热反应的温度为180～130℃，反应的时间为12～36h。
15.优选的，步骤(1)所述水热反应结束后，将所得复合碳布洗涤和干燥。
16.步骤(2)所述热处理在稀有气体下进行；所述热处理的温度为280～350℃，所述热处理的时间为0.5～4h。
17.步骤(3)所述等离子处理条件为：压力30～50pa，时间15～40min。
18.一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极，通过上述方法制备得到。
19.所述一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极在电催化析氢领域中的应用。
20.本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
21.与发明目的及发明的内容相呼应，叙述本发明所能达到的效果，最好有具体数据。
22.(1)本发明的方法制备得到的用于电催化析氢的冷等离子体引入缺陷的mos2自立式电极材料，纳米尺度的片状mos2组成，不仅具有过渡金属硫化物的高导电特性，同时通过晶体表面的冷等离子体处理构筑缺陷位，有利于晶体片层表面活性位的生成。
23.(2)本发明的方法制备得到的用于电催化析氢的冷等离子体引入缺陷的mos2自立式电极材料，具有mos2纳米片交错多孔结构特征，这种互连式的纳米片结构有利于电子转移传输、提高电极材料和电解液的接触面积。小片层纳米片交错结构与表面缺陷能够获得更多的相界面和活性位点，增强材料本征活性，从而得到更高的电化学析氢性能。
24.(3)本发明的方法制备得到的用于电催化析氢的冷等离子体引入缺陷的mos2自立式电极材料，由于晶体本身的相界面与缺陷位的存在，能够得到优异的电化学稳定性，长时间析氢反应中能够保持性能稳定。同时，缺陷位密度下降后可通过再次等离子体处理实现缺陷位重生。
25.(4)本发明采用水热合成结合等离子体处理的方法，操作简单、成本低，适宜于大规模生产。
附图说明
26.图1为实施例1样品sem图；
27.图2为实施例2样品sem图；
28.图3为实施例1与实施例2电化学析氢过程lsv曲线；
29.图4为实施例1与实施例2电化学析氢过程tafel斜率；
30.图5为实施例1样品长循环稳定性曲线；
具体实施方式
31.下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
32.实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。
33.实施例1
34.(1)将导电碳布(cnfs)裁剪成2*2cm的正方形，经过1min空气等离子体预处理去除表面有机物、提升表面亲水性。
35.(2)以二水和钼酸钠(na2moo4·
2h2o，1.5mmol)为钼源，硫脲((nh2)2cs，6mmol)为硫源，在去离子水中混合溶解后，将30ml混合溶液与处理后的碳布(cnfs)转移至水热釜中，200℃进行24h水热反应。反应结束后冷却至室温，用去离子水将负载了mos2的碳布表面洗涤干净，50℃干燥6h。
36.(3)将步骤(2)得到的复合碳布置于管式炉中，在氩气气氛下，升温至300℃后恒温热处理2h(升温速率5℃/min)，降温后得到mos2/cnfs。
37.(4)将步骤(3)中制得的mos2/cnfs置于等离子体清洗机中，在40pa的常温空气条件下进行30min的等离子体处理，得到pv-mos2/cnfs。复合电极材料可进行随后的结构表征与电化学析氢性能测试。
38.实施例2
39.(1)将导电碳布(cnfs)裁剪成2*2cm的正方形，经过1min空气等离子体预处理去除表面有机物、提升表面亲水性。
40.(2)以二水和钼酸钠(na2moo4·
2h2o，1.5mmol)为钼源，硫脲((nh2)2cs，6mmol)为硫源，在去离子水中混合溶解后，将30ml混合溶液与处理后的碳布(cnfs)转移至水热釜中，200℃进行24h水热反应。反应结束后冷却至室温，用去离子水将负载了mos2的碳布表面洗涤干净，50℃干燥6h。
41.(3)将步骤(2)得到的复合碳布置于管式炉中，在氩气气氛下，升温至300℃后恒温热处理2h(升温速率5℃/min)，降温后得到mos2/cnfs。复合电极材料可进行随后的结构表征与电化学析氢性能测试。实施例2未经过冷等离子体处理构筑缺陷位，用于性能对比。
42.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将钼源和硫源与水混合，将所得混合溶液与碳布进行水热反应，反应结束后得到复合碳布；(2)将步骤(1)所得复合碳布进行热处理得到mos2/cnfs，再对其进行等离子处理得到pv-mos2/cnfs。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述钼源为二水和钼酸钠，所述硫源为硫脲。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述钼源与硫源的摩尔比为1.5：3～10。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述钼源与水摩尔体积比为30-60mmol/l。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述水热反应的温度为180～130℃，反应的时间为12～36h。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)所述热处理在稀有气体下进行；所述热处理的温度为280～350℃，所述热处理的时间为0.5～4h。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)所述等离子处理条件为：压力30～50pa，时间15～40min。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)所述碳布在使用前除去表面有机物。9.一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极，通过权利要求1～8任一项所述方法制备得到。10.根据权利要求9所述一种冷等离子体引入缺陷的mos2自立式催化析氢电极在电催化析氢领域中的应用。

技术总结

本发明属于电催化析氢领域，涉及到一种冷等离子体引入缺陷的MoS2自立式催化析氢电极及其制备方法和应用。本发明将钼源和硫源与水混合，将所得混合溶液与碳布进行水热反应，反应结束后得到复合碳布；将所得复合碳布进行热处理得到MoS2/CNFs，再对其进行等离子处理得到PV-MoS2/CNFs。本发明采用水热合成结合等离子体处理的方法，操作简单、成本低，适宜于大规模生产。模生产。模生产。