CN108862397B - 一种直接在基底电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法及修饰电极和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直接在基底电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法及修饰电极和应用。所述方法包括如下步骤：S1：加热硒粉至硒粉气化；加热三氧化铼和基底电极，并通入还原性气体；S2：当三氧化铼加热至裂解后，将气化后的硒粉与其混合，继续升温至450~700℃，二硒化铼生长，沉积于所述基底电极上即得；所述硒粉与三氧化铼的质量比为200:1~300:1。本发明通过化学气相沉积方法将二硒化铼直接生长在基底电极上，来作为催化产氢的电极，大大提高了二硒化铼与电极之间的黏附力，同时提高了二硒化铼的催化性。另外，该方法的温度较低，工艺简单。

Description

一种直接在基底电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法及 修饰电极和应用
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种直接在基底电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法及修饰电极和应用。
背景技术
氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出，世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。由于半导体材料光催化分解水产氢具有反应条件温和、能量利用率高、不产生二次污染等特点，逐渐成为了目前人工制氢方向的研究热点。
以二硫化钼为代表的二维纳米材料得到了大量的关注，纳米级二硫化钼的催化活性位点主要为边界处不饱和成键原子，而面内原子不具有催化活性，但是在生长过程中，由于热力学的作用，二硫化钼主要表现为外延生长的二维平面，这使得能够贡献催化活性的原子数目极低，严重制约了MoS2的催化析氢能力。所以我们要找到一个更加适合的二维纳米材料。
二硒化铼和二硫化铼一样具有扭曲的1T相结构，同时二硒化铼的层间耦合力比较弱又基于表面高的金属性质使得二硒化铼具有独特的催化特性，目前硒化铼化学气相沉积方法大部分生长在云母，300nm厚的二氧化硅的硅片，还没有直接可以生长在电极上的制备。
因此，开发直接生长于电极上的二硒化铼纳米片具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中二硒化铼无法在电极上生长的缺陷和不足，提供一种直接在基底电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法。本发明通过化学气相沉积方法将二硒化铼直接生长在基底电极上，来作为催化产氢的电极，大大提高了二硒化铼与电极之间的黏附力，同时提高了二硒化铼的催化性。另外，该方法的温度较低，工艺简单。
本发明的另一目的在于提供一种修饰电极。
本发明的另一目的在于提供上述修饰电极在催化产氢中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种直接在基底电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法，包括如下步骤：
S1：加热硒粉至硒粉气化；加热三氧化铼和基底电极，并通入还原性气体；
S2：当三氧化铼加热至裂解后，将气化后的硒粉与其混合，继续升温至450~700℃，二硒化铼生长，沉积于所述基底电极上即得；所述硒粉与三氧化铼的质量比为200:1~300:1。
本发明通过化学气相沉积方法将二硒化铼直接生长在基底电极上，来作为催化产氢的电极，大大提高了二硒化铼与电极之间的黏附力，同时提高了二硒化铼的催化性。另外，该方法的温度较低，工艺简单。
优选地，S1中加热硒粉至300~400℃使其气化。
常规的还原性气体包括氢气、一氧化碳等。
优选地，S1中所述还原性气体为氢气。
优选地，所述基底电极为碳布电极、B掺杂的P型硅片或二氧化钛修饰后的ITO玻璃。
优选地，S2中加热三氧化铼至400~450℃使其裂解。
优选地，S1中硒粉加热气化的升温速率为25~30℃/min；三氧化铼加热裂解的升温速率为25~30℃/min。
更为优选地，S1中硒粉从30℃经14min加热至360℃；三氧化铼加热裂解的升温速率为25℃/min。
优选地，所述硒粉与三氧化铼的质量比约为250:1。
优选地，S1步骤前还包括对基底电极进行清洗、亲水处理和干燥的步骤。
优选地，所述亲水处理的过程为：将清洗后的基底电极于100~120℃的食人鱼溶液中浸泡1~2h后清洗。
更为优选地，所述底电极于120℃的食人鱼溶液中浸泡2h后清洗。
一种修饰电极，所述修饰电极通过上述方法制备得到。
上述修饰电极在催化产氢中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过化学气相沉积方法将二硒化铼直接生长在碳布上，来作为催化产氢的电极，大大提高了二硒化铼与电极之间的黏附力，同时提高了二硒化铼的催化性。另外，该方法的温度较低，工艺简单。
附图说明
图1为实施例1提供的一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法的流程图；
图2为实施例1提供的一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法的示意图；
图3为实施例1提供的一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法的程序图；
图4为实施例1在碳布电极上制备得到的二硒化铼纳米片的SEM图，生长温度450℃，放大倍数为2000倍；
图5为实施例1在碳布电极上制备得到的二硒化铼纳米片的SEM图，生长温度450℃，放大倍数为5000倍；
图6为实施例2在碳布电极上制备的二硒化铼纳米片的SEM图，生长温度700℃，放大倍数为2000倍；
图7为实施例2在碳布电极上制备的二硒化铼纳米片的SEM图，生长温度700℃，放大倍数为10000倍；
图8为实施例3在碳布电极上制备的二硒化铼纳米片的SEM图，生长温度600℃，放大倍数为20000倍；
图9为实施例4在B掺杂的P型硅片电极上制备的二硒化铼纳米片的SEM图，生长温度700℃，放大倍数为10000倍；
图10为实施例1制备的二硒化铼纳米片的拉曼图；
图11为实施例1制备的二硒化铼纳米片的XPS全谱图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法，如图1~3。
步骤101，基底的清洗；
步骤102，基底的处理；
步骤103，基底的干燥；
步骤104，用化学气相沉积的方法在碳布上生长均匀二硒化铼纳米片；
在步骤101中：将碳布按照去离子水，丙酮，乙醇，去离子水的顺序各超声5 min，超声功率180 W，频率40 KHz。
在步骤102中：将清洗干净的碳布浸泡在120℃的食人鱼溶液里面，浸泡2h，更深一步清洗碳布，同时增加碳布的亲水性。自然冷却后，用去离子水冲洗。
在步骤103中：将处理完的碳布在80℃的加热台上加热10min。
在步骤104中：用化学气相沉积的方法，以硒粉与三氧化铼分别作为硒源和铼源，用三温区管式炉（合肥科晶材料技术有限公司，OTF-1200X-Ⅲ）在基底上生长二硒化铼纳米片。
材料用量包括0.4 g硒粉（aladin，99.99%），1.5mg ReO3（aladin，99.99%）；放置位置为：硫粉放在进气端距第一个温区中心25 cm处，基底放在第二个温区中心位置，ReO3分散放置。
生长过程中压强为常压，先以500 sccm的流量通高纯氩气（99.999%）清洗10 min，而后抽真空至10~10000Pa，再通气至常压；
生长过程中三个温区温度调控为：第一个温区从室温（30℃）经过14 min升高至360 ℃，保持30 min；第二个和第三个温区升温速率25℃/min，保持30min，生长温度为450℃。生长结束后自然冷却至室温。
生长过程中气流调控为：升温和生长过程一直为3sccmH2和100sccmAr，生长结束后关闭H2。
如图4和5，为本实施例制备得到的二硒化铼纳米片的SEM图，从图中可知，成功制备出了均匀的二硒化铼纳米片。
图10和图11分别为本实施例制备得到的二硒化铼纳米片的拉曼图和XPS全谱图，从图可知，成功地在碳布上制备了二硒化铼纳米片。
实施例2
本实施例提供一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法。本实施例提供的方法中，除步骤104控制生长温度为700℃外，其余步骤和条件均与实施例1一致。
本实施例制备的二硒化铼纳米片，如图6和图7。
实施例3
本实施例提供一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法。本实施例提供的方法中，除步骤104控制生长温度为600℃外，均与实施例1一致。
本实施例制备的二硒化铼纳米片，如图8。
实施例4
本实施例提供一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法。
本实施例提供的方法中，除步骤104硒粉的用量为300mg外，其余步骤和条件均与实施例1一致。
本实施例成功制备了二硒化铼纳米片。
实施例5
本实施例提供一种直接在碳布电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法。
本实施例提供的方法中，除步骤104硒粉的用量为450mg外，其余步骤和条件均与实施例1一致。
本实施例成功制备了二硒化铼纳米片.。
实施例6
本实施例提供一种直接在XX电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法。本实施例提供的方法中，除基底电极选用B掺杂的P型硅片电极外，其余步骤和条件均与实施例1一致。
本实施例成功制备了二硒化铼纳米片，如图9。

Claims (7)

1.一种直接在基底电极上生长均匀的二硒化铼纳米片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：加热硒粉至硒粉气化；加热三氧化铼和基底电极，并通入还原性气体；
S2：当三氧化铼加热至裂解后，将气化后的硒粉与其混合，继续升温至450～700℃，二硒化铼生长，沉积于所述基底电极上即得；所述硒粉与三氧化铼的质量比200:1～300:1，
S1中所述还原性气体为氢气；
所述基底电极为碳布电极或B掺杂的P型硅片。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S1中加热硒粉至300～400℃使其气化。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S2中加热三氧化铼至400～450℃使其分解。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S1中硒粉加热气化的升温速率为25～30℃/min；三氧化铼加热裂解的升温速率为25～30℃/min。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述硒粉与三氧化铼的质量比为250:1。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S1步骤前还包括对基底电极进行清洗、亲水处理和干燥的步骤。
7.一种修饰电极，其特征在于，所述修饰电极通过权利要求1～6任一所述方法制备得到。
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