一种钼掺杂硒化铜纳米片的制备方法及其应用

本发明涉及材料化学，尤其涉及一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着全球变暖和化石燃料供应的减少，可持续能源越来越受到关注。氢能因其零污染、高能量密度和可持续性而被认为是不可再生化石燃料最有前途的替代品。通过电催化制氢生产可再生氢能的技术得到了极大的改进。析氢反应(her)适用于酸性、碱性或中性介质。然而，对昂贵的离子交换膜的要求和电解装置中的腐蚀问题限制了her在苛刻的ph条件下的广泛应用。而her在中性介质中可以很大程度上避免在极端ph值下的这些问题。但是目前中性her的应用由于其相对较低的性能而受到阻碍。例如，铂(pt)是酸性和碱性介质中活性最高的her催化剂之一，然而在中性介质中的催化活性比在酸性介质中低两到三个数量级。因此，合理设计高性能、低成本和稳定的中性电催化析氢催化剂至关重要。

2、近年来，过渡金属硒化物(tmps)电催化剂因其低成本和高催化活性被称为贵金属基催化剂的重要替代品，并用于中性her。然而，与酸性和碱性介质相比，tmps催化剂在中性介质中通常表现出较差的her性能，其中可以通过引入阳离子原子、构造异质结、引进缺陷工程等方法来进一步优化电子结构。此外，最近的研究表明，在催化过程中，se在金属硒化物中的氧化和溶解会影响her的性能。王等金属硒化物电催化析氢过程中通过添加seo32-离子，调整了her过程中se浸出的动态平衡，有利于提高其催化性能。梁等采用原位x射线光电子能谱(xps)和原位拉曼光谱等多种表征方法，证明了在her过程中，mose2中的se转化为seo32-及seo42-离子，进一步揭示了her过程中se浸出的本质。作者还在her过程中，观察到se在nixsey电极表面的氧化溶解，揭示了硒在过渡金属硒化物中氧化溶解的普遍性。那么如何避免se溶解和进一步提升中性电催化析氢性能是硒化物电催化析氢的一个研究重点。

3、近日香港理工大学赵炯课题组以微量ru掺杂的nips3纳米片为研究对象，利用原位透射电镜技术证实了碱性her过程中nips3边缘发生的非晶化过程是获得优异催化活性和稳定性的关键。受其启发，众所周知tmps存在惰性基面，催化活性位点主要集中在边缘位置，因此，将其作为研究对象可以有效减缓外部因素影响，从而能够更加深入地分析非晶层对催化位点以及整体活性的影响。但在tmps中如何有效利用边缘非晶层以进一步提升电催化材料的活性和稳定性仍然是一项极具挑战性的课题，目前没有深入研究。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法和应用。

2、本发明第一目的在于提供一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法，具体包括如下步骤：

3、s1、镍泡沫预处理：将镍泡沫裁成小块，用稀盐酸溶液超声清洗30～60min；再用无水乙醇、去离子水分别超声15～25min后，作为基底材料；

4、s2、制备混合溶液：称取cucl2·2h2o、se粉和na2moo4·2h2o，加入至去离子水和水合肼的混合溶剂中，磁力搅拌0.5～1.5h，得到混合溶液；

5、s3、水热反应：在步骤s2的混合溶液中加入预处理的镍泡沫，在170～200℃下水热反应8～15h；

6、s4、冷却、清洗：冷却至室温后将镍泡沫取出，分别用去离子水和无水乙醇超声清洗8～15min；

7、s5、在50～70℃下真空干燥4～8h，抽滤，用水合肼洗去多余硒粉，获得钼掺杂硒化铜纳米片材料。

8、优选的，cucl2·2h2o 0.15～0.2g、所述se粉0.13～0.17g、所述na2moo4·2h2o0.06～0.5g。

9、优选的，cucl2·2h2o 0.171g、所述se粉0.158g、所述na2moo4·2h2o 0.0605～0.484g。

10、优选的，步骤s3的水热反应，温度为180℃，时间为12h。

11、优选的，步骤s2中去离子水和水合肼的体积比为6～10：1。

12、优选的，稀盐酸溶液的浓度为5％。

13、本发明第二目的在于提供一种钼掺杂硒化铜纳米片材料，由一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法。

14、本发明第三目的在于提供一种电催化三电极体系，包括工作电极、对电极和参比电极，以钼掺杂硒化铜纳米片材料作为工作电极；所述电催化三电极体系用于测试电催化析氢和析氧反应。

15、优选的，对电极为石墨电极，所述参比电极为饱和甘汞电极。

16、本发明第四目的在于提供一种钼掺杂硒化铜纳米片在电解水析氢和析氧方面的应用。

17、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

18、(1)本发明制备的纳米片电催化材料，制备工艺简单、周期短、工艺过程易控制，在镍泡沫基底原位生长mo掺杂cuse催化剂，有利于电荷传输并提升电流密度和稳定性，增大电化学比表面积，暴露更多活性位点。纳米片边缘非晶化的存在，可以有效促提升中性电解水性能和稳定性，所以具有良好的电催化应用前景。

19、(2)使用mo掺杂cuse调控中性电解水析氢催化性能。利用水热法合成了边缘非晶化的纳米片，加上镍泡沫基底良好的导电性和大的比表面积，以及不使用粘结剂原位生长催化剂有利于改善结构稳定性从而提高其催化性能；在上述结构的共同作用下该催化材料展现出优异的电催化性能，有望广泛应用于在电催化领域。

技术特征：

1.一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法，其特征在于：所述cucl2·2h2o 0.15～0.2g、所述se粉0.13～0.17g、所述na2moo4·2h2o 0.06～0.5g。

3.根据权利要求2所述的一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法，其特征在于：所述cucl2·2h2o 0.171g、所述se粉0.158g、所述na2moo4·2h2o 0.0605～0.484g。

4.根据权利要求3所述的一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s3的水热反应，温度为180℃，时间为12h。

5.根据权利要求4所述的一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中去离子水和水合肼的体积比为6～10：1。

6.根据权利要求5所述的一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法，其特征在于：所述稀盐酸溶液的浓度为5％。

7.一种钼掺杂硒化铜纳米片材料，其特征在于：所述材料是由权利要求1-6任意一项所述的一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法制备的。

8.一种电催化三电极体系，包括工作电极、对电极和参比电极，其特征在于：以权利要求7所述的钼掺杂硒化铜纳米片材料作为工作电极；所述电催化三电极体系用于测试电催化析氢和析氧反应。

9.根据权利要求8所述的一种电催化三电极体系，其特征在于：所述对电极为石墨电极，所述参比电极为饱和甘汞电极。

10.权利要求7所述的钼掺杂硒化铜纳米片材料在电解水析氢和析氧方面的应用。

技术总结本发明涉及材料化学技术领域，尤其涉及一种钼掺杂硒化铜纳米片材料的制备方法及其应用。制备方法包括：将镍泡沫裁成小块，用稀盐酸溶液超声清洗；再用无水乙醇、去离子水分别超声；称取CuCl<subgt;2</subgt;·2H<subgt;2</subgt;O、Se粉和Na<subgt;2</subgt;MoO<subgt;4</subgt;·2H<subgt;2</subgt;O，加入至去离子水和水合肼的混合溶剂中，磁力搅拌；加入镍泡沫在170～200℃下水热反应8～15h；冷却至室温后将镍泡沫取出，分别用去离子水和无水乙醇超声清洗；在50～70℃下真空干燥4～6h，抽滤，用水合肼洗去多余硒粉，获得钼掺杂硒化铜纳米片材料。优点在于：镍泡沫基底原位生长Mo掺杂CuSe纳米片催化剂，暴露更多活性位点；纳米片边缘非晶化，提升中性电解水性能和稳定性。技术研发人员：王敏,陈开昇,陈拥军,骆丽杰受保护的技术使用者：海南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8