一種二維二硫化鉬、二硫化鎢納米薄片電化學制備方法
【專利摘要】二硫化鉬或者二硫化鉬具有較好的催化析氫活性和儲鋰性能，且熱和化學穩定性良好，為了提高二硫化鉬或二硫化鎢的利用率，提高催化析氫的催化活性和儲鋰比容量，需要將硫化物制備為單分子層或者多分子層二維材料。本發明通過電化學的方法，以二硫化鉬（或二硫化鎢）?金屬復合材料為陽極，石墨或者鉑電極為陰極，硫酸鹽為電解質，成功剝離出了厚度在1?20納米的二維二硫化鉬或二硫化鎢。以這種二維硫化物的電催化析氫活性良好，且具有優異的儲鋰性能。
【專利說明】一種二維二硫化鉬、二硫化鎢納米薄片電化學制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及電催化析氫、鋰離子儲能電池領域，具體說是一種用電化學方法制備的具有較高電催化析氫活性和儲鋰性能的二硫化鉬或者二硫化鎢二維材料。
【背景技術】
[0003]氫氣與氧氣反應生成水，對環境不產生污染，是一種清潔能源，還可以應用于合成氨等化學生產過程之中，能夠有效的較少污染，電化學催化制氫是目前制氫的一種主要方法，但是以鉑基金屬為代表的貴金屬材料價格昂貴，資源存儲量很少，限制了電催化制氫的發展。二硫化鉬和二硫化鎢具有較好的電催化析氫活性，且成本低廉，開發具有高活性析氫活性的二硫化鉬材料具有重要的現實意義；同時二硫化鉬和二硫化鎢材料具有優異的儲鋰性能，可以作為負極應用于鋰離子電池中，具有較高的比容量和高倍率放點性能，因此，開發具有高催化析氫活性和儲鋰性能的二硫化鉬或二硫化鎢電極材料具有非常重要的意義，能夠有效的降低能耗，提高鋰離子電池的比容量和倍率性能。
[0004]
【發明內容】
[0005]為了提尚一■硫化鑰或者一■硫化媽材料的電催化析氣活性和儲鋰■性能，本發明的目的在于提供一種二維的二硫化鉬和二硫化媽納米薄片電極材料的制備方法，能夠高效催化電解制氫，降低能耗，并且具有良好的儲鋰性能和倍率性能。
[0006]為達到上述目的，本發明的技術方案為:
通過混合一定比例的N1、Cu、Fe、Co、Ag等金屬與二硫化鉬或二硫化媽粉末，干壓成型，在保護性氣體的氛圍在600-1400°C的溫度下燒結。以燒結成型的金屬-二硫化鉬或二硫化鎢復合材料作為陽極，以金屬鉑或者石墨作為陰極，以硫酸鹽水溶液作為電解質，在0.2-30V的直流電壓下電化學剝離二硫化鉬或者二硫化鎢，溫度控制在1_90°C，電極之間的極間距控制在0.1-5厘米之間，電化學剝離完成后，將電解液進行抽濾，用硝酸對過濾出的固體成分進行多次處理，離心分離至溶液為中性即可，離心所得的固體材料含有大量二硫化鉬或者二硫化鎢的二維材料，然后將離心所得固體溶解于異丙醇或者氮氮-二甲基甲酰胺溶液之中，在500-4000轉/分的轉速下離心分離1-30分鐘，取上層離心液，而后將上層離心液再次在8000-10000轉/分的轉速下離心分離，所得固體材料即為二維的二硫化鉬或者二硫化鎢。
[0007]本發明的優良效果在于:
電化學剝離方法制備的二維二硫化鉬或者二硫化鎢，可以在常溫常壓溫和的條件下使用硫酸鹽溶液即可將二硫化鉬或者二硫化鎢塊狀材料剝離成二維材料。以電化學剝離的二硫化鉬或者二硫化鎢二維材料作為析氫電極，能夠有效的降低陰極極化電極電位，有效提高電解水制氫的效率，降低了能耗；以電化學剝離的二硫化鉬或者二硫化鎢二維材料作為鋰離子電池的負極材料，可以有效提高鋰離子電池的比容量和倍率性能。
[0008]1.本發明可以在溫和的條件下制備二硫化鉬或者二硫化鎢二維材料，且產率較尚O
[0009]2.采用本發明制備的二硫化鉬或者二硫化鎢二維材料作為電催化析
氫陰極，具有較高的催化活性，可以有效的降低陰極極化電極電位，有效提高制氫效率。
[0010]3.采用本發明制備的二硫化鉬或者二硫化鎢二維材料作為鋰離子電池的負極材料，可以有效提高鋰離子電池的比容量和倍率性能。
[0011]4.本發明制備的二硫化鉬或者二硫化鎢二維材料，可以單獨作為電極材料使用，也可以與其他材料進行復合作為電極材料使用。
[0012]
【具體實施方式】
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實施例1
二硫化鉬二維材料的制備
以質量比為1:1的金屬銀粉與二硫化鉬充分混合，在研缽中研磨一個小時之后，取其中5克干壓成型直徑為15_的圓片，然后在氬氣氛圍下在800°C燒結2小時。以此復合圓片作為陽極，以鉑電極為陰極，以I mol L—1濃度的硫酸銨水溶液為電解質，在室溫下以5.0V的直流恒電壓電化學剝離二硫化鉬，電化學剝離完成后，對黑色的電解液進行抽濾，并且用20%的濃硝酸處理3次，去除其中的Ag顆粒，用水清洗3次后，再次將抽濾出的固體粉末溶入異丙醇溶劑之中，超聲處理約15分鐘，在3000轉/分的轉速下離心分離5分鐘，然后再次將上層的溶液在8000轉/分的轉速下離心分離10分鐘，倒掉上清液，水洗3次，冷凍干燥即可得二維的二硫化鉬材料，厚度在約I _20nm之間。
[0014]以此二維的二硫化鉬作為電化學析氫的納米薄片，在ImolL—1濃度的硫酸介質中電解水制氫，電極極化電壓明顯的減小，相較于塊狀的二硫化鉬材料，在極化電壓為0.5V的條件下，析氫電流提高了約100%，塔菲爾斜率明顯的降低，為約42毫伏/倍頻程，有效提高了析氫的效率，降低了能耗。
[0015]
實施例2
以質量比為2:1的金屬銅粉與二硫化鎢充分混合，在研缽中研磨一個小時之后，取其中2克干壓成型直徑為12mm的圓片，然后在氬氣氛圍下在1000°C燒結2小時。以此復合圓片作為陽極，以石墨電極為陰極，以2 mol L—1濃度的硫酸鈉水溶液為電解質，在50°C的溫度下在
8.0V的直流恒電壓下電化學剝離二硫化鎢，電化學剝離完成后，對黑色的電解液進行抽濾，并且用10%的硝酸處理3次，去除其中的Cu顆粒，用水清洗3次后，再次將抽濾出的固體粉末溶入異丙醇溶劑之中，超聲處理約15分鐘，在2000轉/分的轉速下離心分離5分鐘，然后再次將上層的溶液在10000轉/分的轉速下離心分離10分鐘，倒掉上清液，水洗3次，冷凍干燥即可得二維的二硫化媽材料，二維二硫化媽材料的厚度在1-15nm之間。
[0016]
實施例3
以質量比為1:2的金屬銅粉與二硫化鉬充分混合，在研缽中研磨一個小時之后，取其中1.5克干壓成型直徑為12mm的圓片，然后在氬氣氛圍下在800°C燒結2小時。以此復合圓片作為陽極，以石墨電極為陰極，以0.5 mol L—1濃度的硫酸鈉水溶液為電解質，在40°C的溫度下在4.0V的直流恒電壓下電化學剝離二硫化鉬，電化學剝離完成后，對黑色的電解液進行抽濾，并且用8%的硝酸處理3次，去除其中的Cu顆粒，用水清洗3次后，再次將抽濾出的固體粉末溶入氮氮-二甲基甲酰胺溶劑之中，超聲處理約15分鐘，在3000轉/分的轉速下離心分離5分鐘，然后再次將上層的溶液在10000轉/分的轉速下離心分離10分鐘，倒掉上清液，水洗3次，冷凍干燥即可得二維的二硫化鉬材料，厚度在1-1 Onm之間。
[0017]
實施例4
以質量比為2:1的金屬鎳粉與二硫化鉬充分混合，在研缽中研磨一個小時之后，取其中
4克干壓成型直徑為18_的圓片，然后在氬氣氛圍下在800°C燒結2小時。以此復合圓片作為陽極，以石墨電極為陰極，以I mol L—1濃度的硫酸鈉水溶液為電解質，在30°C的溫度下在
2.0V的直流恒電壓下電化學剝離二硫化鉬，電化學剝離完成后，對黑色的電解液進行抽濾，并且用10%的硝酸處理3次，去除其中的鎳顆粒，用水清洗3次后，再次將抽濾出的固體粉末溶入異丙醇溶劑之中，超聲處理約15分鐘，在3000轉/分的轉速下離心分離5分鐘，然后再次將上層的溶液在8000轉/分的轉速下離心分離10分鐘，倒掉上清液，水洗3次，冷凍干燥即可得二維的二硫化鉬材料，厚度在1-12nm之間。
【主權項】
1.一種二維二硫化鉬、二硫化鎢納米薄片電化學制備方法，其特征在于:步驟如下 通過混合一定比例的N1、Cu、Fe、Co、Ag等金屬與二硫化鉬或二硫化媽粉末，干壓成型，在保護性氣體的氛圍在600-1400°C的溫度下燒結； 以燒結成型的金屬-二硫化鉬或二硫化鎢復合材料作為陽極，以金屬鉑或者石墨作為陰極，以硫酸鹽水溶液作為電解質，在0.2-30V的直流電壓下電化學剝離二硫化鉬或者二硫化鎢，溫度控制在1_90°C，電極之間的極間距控制在0.1-5厘米之間； 電化學剝離完成后，將電解液進行抽濾，用硝酸對過濾出的固體成分進行多次處理，離心分離至溶液為中性即可，離心所得的固體材料含有大量二硫化鉬或者二硫化鎢的二維材料； 然后將離心所得固體溶解于異丙醇或者氮氮-二甲基甲酰胺溶液之中，在500-4000轉/分的轉速下離心分離1-30分鐘，取上層離心液，而后將上層離心液再次在8000-10000轉/分的轉速下離心分離，所得固體材料即為二維的二硫化鉬或者二硫化鎢。2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:納米薄片為二維材料，厚度在0.1-20納米之間。3.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:二硫化鉬或者二硫化鎢與金屬的質量比例在10:1?1:10之間。4.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:復合材料中的金屬為銀、銅、鋅、鎳、鉆、鐵、絡、金、銷、"!了、鉛。5.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:硫酸化合物為硫酸鈉、硫酸銨或者硫酸鉀，其濃度在0.0lmoir1 -飽和溶液之間。6.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:電化學剝離在恒壓模式下進行。7.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述納米薄片二維材料主要作為電催化析氫的陰極材料或者鋰離子電池的負極材料，可以單獨使用，也可以和其他材料復合使用。
【文檔編號】B82Y40/00GK106086919SQ201610395897
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日 公開號201610395897.1, CN 106086919 A, CN 106086919A, CN 201610395897, CN-A-106086919, CN106086919 A, CN106086919A, CN201610395897, CN201610395897.1
【發明人】武衛明, 張長松, 鄭勇, 閻冬, 田大勇, 殷美麗, 侯紹剛
【申請人】安陽工學院