一种氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及电解水制氢，具体涉及一种氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能是一种高效、可再生的清洁能源，被公认是替代化石能源最有力的竞争者之一。氢气的利用需要以高效、廉价的氢气生产作为前提，利用可再生能源产生的电力进行电解水制氢被认为是最有实际应用前景的制氢工艺。

2、质子交换膜电解水技术(pem)是一种高效的电解水制氢技术，具有高效、低能耗、环保等优点，被广泛应用于氢能源领域。然而，由于pem电解槽中恶劣的酸性工作环境，阳极催化剂和阴极催化剂的选择十分有限，通常只能选择耐酸能力较强的贵金属催化剂(例如：pt、ir、ru及其氧化物)。目前，商用的电解水制氢阴极催化剂(her催化剂)主要是铂(例如：pt/c)和其他贵金属催化剂，其高昂的价格使人们迫切需要廉价的替代品。

3、二硫化钼(mos2)的结构与石墨相似，价格相对低廉，其析氢的理论自由能与铂相近，是一种可替代贵金属催化剂的高效催化剂。mos2按照层间堆积模式可以分为2h、1t和3r三种相，其中，2h相mos2最为稳定，在her研究中备受关注。然而，2h-mos2的her活性位点只存在于mo层的边缘，而基底层大部分是催化惰性的，因此整体的催化活性较低。此外，2h-mos2本质上是半导体，导电性较差，这会影响整个her性能，因此2h-mos2根本无法完全满足实际应用要求。

4、因此，开发一种活性位点丰富、催化活性高、导电性好的二硫化钼基her催化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料，其组成包括碳纤维布和原位生长在碳纤维布表面的氯掺杂二硫化钼纳米颗粒。

4、优选地，所述氯掺杂二硫化钼纳米颗粒的粒径为200nm～300nm。

5、优选地，所述氯掺杂二硫化钼纳米颗粒由mo-mof转化而成，保留有mo-mof的多孔框架结构。

6、优选地，所述mo-mof中的有机配体为咪唑。

7、一种如上所述的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料的制备方法包括以下步骤：

8、1)将咪唑和三氧化钼置于保护性气氛中进行反应，得到mo-mof；

9、2)将mo-mof、硫代乙酰胺和水合肼分散在水中，再加入盐酸和碳纤维布后进行水热反应，即得氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料。

10、优选地，步骤1)所述咪唑、三氧化钼的摩尔比为1～2:1。

11、优选地，步骤1)所述保护性气氛为氩气-氢气混合气。

12、优选地，步骤1)所述反应在温度为250℃～400℃的条件下进行，反应时间为1h～4h。

13、优选地，步骤1)的具体操作为：将咪唑和三氧化钼分别装入两个瓷舟，再将咪唑放置在管式炉上游，三氧化钼放置在管式炉下游，再通入保护性气氛后升温进行反应。

14、优选地，步骤2)所述mo-mof、硫代乙酰胺的摩尔比为1:1～2。

15、优选地，步骤2)所述水热反应在温度为120℃～200℃的条件下进行，反应时间为12h～24h。

16、一种如上所述的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料在电解水制氢中的应用。

17、优选地，所述电解水制氢为质子交换膜电解水制氢。

18、本发明的有益效果是：本发明的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料具有活性位点丰富、导电性好、成本低等优点，将其用作her催化剂具有高的催化活性，可以用于电解水制氢，适合进行大规模工业化应用。

19、具体来说：

20、1)本发明的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料中保留有mo-mof的多孔结构，其与碳纤维布共同作用可以提供快速电子传输路径和离子运输通道，并可以暴露出更多的活性位点，而氯离子可以改变晶体结构，从而可以有效提升二硫化钼基催化剂的导电性能；

21、2)本发明的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料中保留有mo-mof的多孔结构，不仅提高了材料的导电性，而且增大了材料的比表面积，提高了材料的电化学活性面积，提高了材料的电催化性能；

22、3)本发明的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料中的氯掺杂可以引起二硫化钼的晶格畸变，改变二硫化钼材料的电子结构，从而可以有效提高二硫化钼材料的导电性；

23、4)本发明的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料的制备过程简单，操作方便，可控性强，成本较低，可用于工业电解水制氢。

技术特征：

1.一种氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料，其特征在于，组成包括碳纤维布和原位生长在碳纤维布表面的氯掺杂二硫化钼纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料，其特征在于：所述氯掺杂二硫化钼纳米颗粒的粒径为200nm～300nm。

3.根据权利要求1或2所述的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料，其特征在于：所述氯掺杂二硫化钼纳米颗粒由mo-mof转化而成，保留有mo-mof的多孔框架结构。

4.根据权利要求3所述的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料，其特征在于：所述mo-mof中的有机配体为咪唑。

5.一种如权利要求4所述的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述咪唑、三氧化钼的摩尔比为1～2:1。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤1)所述反应在温度为250℃～400℃的条件下进行，反应时间为1h～4h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述mo-mof、硫代乙酰胺的摩尔比为1:1～2。

9.根据权利要求5或8所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述水热反应在温度为120℃～200℃的条件下进行，反应时间为12h～24h。

10.一种如权利要求1～4中任意一项所述的氯掺杂二硫化钼-碳纤维布复合材料在电解水制氢中的应用。

技术总结本发明公开了一种氯掺杂二硫化钼‑碳纤维布复合材料及其制备方法和应用。本发明的氯掺杂二硫化钼‑碳纤维布复合材料的组成包括碳纤维布和原位生长在碳纤维布表面的氯掺杂二硫化钼纳米颗粒。本发明的氯掺杂二硫化钼‑碳纤维布复合材料的制备方法包括以下步骤：1)将咪唑和三氧化钼置于保护性气氛中进行反应，得到Mo‑MOF；2)将Mo‑MOF、硫代乙酰胺和水合肼分散在水中，再加入盐酸和碳纤维布后进行水热反应。本发明的氯掺杂二硫化钼‑碳纤维布复合材料具有活性位点丰富、导电性好、成本低等优点，将其用作HER催化剂具有高的催化活性，可以用于电解水制氢，适合进行大规模工业化应用。技术研发人员：王慧,陆峻瀚,陈毅,蒋铭泉受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/9