CN108893755A - 混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法及其应用 - Google Patents
混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108893755A CN108893755A CN201810744016.1A CN201810744016A CN108893755A CN 108893755 A CN108893755 A CN 108893755A CN 201810744016 A CN201810744016 A CN 201810744016A CN 108893755 A CN108893755 A CN 108893755A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- molybdenum disulfide
- nano
- preparation
- graphene complex
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 94
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 91
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 90
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 32
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 29
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 5
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 claims description 4
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical group [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 4
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 claims description 4
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 claims description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N dimethyl sulfoxide Natural products CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000276 potassium ferrocyanide Substances 0.000 claims description 3
- VZOPRCCTKLAGPN-ZFJVMAEJSA-L potassium;sodium;(2r,3r)-2,3-dihydroxybutanedioate;tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Na+].[K+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O VZOPRCCTKLAGPN-ZFJVMAEJSA-L 0.000 claims description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229940074446 sodium potassium tartrate tetrahydrate Drugs 0.000 claims description 3
- XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(2+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] XOGGUFAVLNCTRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003109 Disodium ethylene diamine tetraacetate Substances 0.000 claims description 2
- ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L EDTA disodium salt (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 235000019301 disodium ethylene diamine tetraacetate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 claims description 2
- PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;potassium Chemical compound [K].OP(O)(O)=O PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001508 potassium citrate Substances 0.000 claims description 2
- 229960002635 potassium citrate Drugs 0.000 claims description 2
- QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K potassium citrate (anhydrous) Chemical compound [K+].[K+].[K+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O QEEAPRPFLLJWCF-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 235000011082 potassium citrates Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims description 2
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 235000011083 sodium citrates Nutrition 0.000 claims description 2
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims 1
- IAZDPXIOMUYVGZ-WFGJKAKNSA-N Dimethyl sulfoxide Chemical group [2H]C([2H])([2H])S(=O)C([2H])([2H])[2H] IAZDPXIOMUYVGZ-WFGJKAKNSA-N 0.000 claims 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 235000012249 potassium ferrocyanide Nutrition 0.000 claims 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 abstract description 15
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 10
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 abstract description 4
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 15
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 9
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical group CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical class [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 5
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 5
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- HELHAJAZNSDZJO-OLXYHTOASA-L sodium L-tartrate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O HELHAJAZNSDZJO-OLXYHTOASA-L 0.000 description 5
- 239000001433 sodium tartrate Substances 0.000 description 5
- 229960002167 sodium tartrate Drugs 0.000 description 5
- 235000011004 sodium tartrates Nutrition 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical group CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N N-methylformamide Chemical compound CNC=O ATHHXGZTWNVVOU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- -1 alkene compound Chemical class 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N dicyandiamide Chemical compound NC(N)=NC#N QGBSISYHAICWAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- OXHNLMTVIGZXSG-UHFFFAOYSA-N 1-Methylpyrrole Chemical compound CN1C=CC=C1 OXHNLMTVIGZXSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N ammonium oxalate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)C([O-])=O VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229960003975 potassium Drugs 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法及其应用,该复合物制备包括如下步骤:将二硫化钼粉末、石墨粉、盐加入溶剂中混合得到混合溶液A;进行超声剥离处理;超声剥离处理后除去未剥离的二硫化钼粉末和石墨粉,收集悬浮液,得到纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物;(4)通过离心洗涤除去复合物悬浮液中残留的盐颗粒。本发明制备方法简单易行,成本低,毒性小后处理简单,制备得到的纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物产量高、质量好、结构稳定,纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物产量与纯溶剂体系相比有明显提高,制成的纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢反应催化剂的催化效果与纯二硫化钼纳米片相比催化效果得到极大提高。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域,具体涉及混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物,并将其用作析氢反应的催化剂。
背景技术
自从2004年英国曼彻斯特大学的物理学家盖姆和诺沃肖洛夫用微机械剥离法制备出石墨烯以来,二维材料引起了世界的广泛关注。二硫化钼作为典型的二维材料,也引起了极大的关注。纳米尺寸的二硫化钼具有比表面积大、吸附能力强、反应活性高、能带宽度大、易修饰等优点,近年来在纳米电子学、光电子学、传感、催化以及能量存储与转化等方面得到了广泛的应用。然而在应用过程中纯的纳米尺寸的二硫化钼有时不能达到人们的预期效果,为了得到更好的性能,一种方法就是将二硫化钼与其他材料复合得到复合物。目前含纳米尺寸的二硫化钼的复合物制备方法一般都是先将纳米尺寸的二硫化钼制备出来,再与其他材料复合。这样的制备过程效率一般比较低,而且操作过程比较繁琐,不利于实际应用。
随着经济的发展必然导致化石能源的日益枯竭和严重的环境污染,因此发展清洁可再生能源刻不容缓。在众多可再生能源中氢气由于具有燃烧热值高、制备原料丰富等优点受到大家的广泛关注。目前世界上绝大部分的氢气是由化石燃料制备的,这样不仅要消耗大量的化石能源还会导致严重的污染。近几年电催化制氢技术由于能耗低、效率高、环境友好等优点被认为是最具应用前景的制氢技术。目前析氢性能最好的催化剂主要是以Pt为代表的贵金属,但Pt等贵金属价格昂贵,不利于实际应用。除了贵金属可以作为电催化析氢反应的催化剂,非贵金属也可以作为电催化析氢反应的催化剂。非贵金属析氢催化剂主要有基于Mo、 W、Fe、Co、Ni等过渡金属的磷化物、硫化物以及它们的合金等。纳米尺寸二硫化钼作为析氢反应的催化剂是近年来研究的热点。
由于活性位点的限制、催化剂电接触效率低以及内在不良的电子传输性能,导致纯的二硫化钼纳米片的催化性能远低于预期。为了提高二硫化钼的催化活性,有的课题组尝试通过将二硫化钼与其它导电物质碳纳米管、石墨烯、还原氧化石墨烯等杂交,由于协同效应的存在,复合物的催化活性与纯二硫化钼纳米片相比得到很大提高。但是这些复合物制备过程比较复杂或涉及强氧化剂等比较苛刻的条件。
发明内容
发明目的:针对现有技术存在的问题,本发明提供一种加盐混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯的方法。该方法通过加入盐颗粒辅助剥离极大地提高常用溶剂中剥离二硫化钼和石墨的效率,通过直接液相剥离来制备高产量的纳米二硫化钼和石墨烯复合物。
本发明还将制备的纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢反应的催化剂。
技术方案:为了实现上述目的,混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法,包括如下步骤:
(1)将二硫化钼粉末、石墨粉、盐加入水溶剂或有机溶剂中混合得到混合
溶液A;
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理;
(3)超声剥离处理后离心除去未剥离的二硫化钼粉末和石墨粉,收集悬浮液即得到含有纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物悬浮液,即得到纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物。
(4)通过离心洗涤除去复合物悬浮液中残留的盐颗粒。
其中,步骤(1)所述二硫化钼粉末的粒径≤2μm,石墨粉粒径为1200目,二硫化钼粉末和石墨粉均为分析纯。
进一步地,步骤(1)所述混合溶液A中二硫化钼和石墨粉的初始浓度为5~40 mgmL-1,盐的初始浓度为5~40mg mL-1。
其中,步骤(1)所述盐为焦磷酸钠、酒石酸钠、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸二钠、磷酸二氢钾、亚铁氰化钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、草酸铵、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或几种。
其中,步骤(1)所述有机溶剂为二甲亚砜、醇类、酮类、胺类或醇的水溶液中的一种。
进一步地,所述醇类为异丙醇、乙醇、丙三醇、乙二醇、正丙醇或甲醇;所述酮类为丙酮或N-甲基吡咯烷酮;所述胺类为N,N-二甲基甲酰胺;所述的醇的水溶液中醇为甲醇、乙醇或异丙醇的水溶液。
其中,步骤(1)所述水溶剂或有机溶剂表面张力在35-45mN/m。优选的表面张力在40mN/m左右。
其中,步骤(2)所述的超声剥离的温度为室温,时间为8-9小时,功率为180-200W。在一定时间内,随着超声时间的增加,剥离的浓度会一直增加,最后趋于一个定值。虽然延长超声时间会提高剥离浓度,但是得到的二硫化钼纳米片和石墨烯尺寸会越来越小,缺陷也随之增加,可能会影响催化析氢的效果,长时间超声也会增加功耗不利于实际生产。
其中,步骤(3)所述离心转速为2000-3000rpm,离心时间为20-30min。离心时转速越大时间越长得到的二硫化钼纳米片和石墨烯浓度越低,但是单层纳米片和石墨烯百分含量会提高。离心后得到的悬浮液中含有二硫化钼纳米片和石墨烯以及残留的盐颗粒,为了除去残留的盐,在悬浮液(悬浮液实际是个胶体) 中滴加几滴饱和氯化钾溶液使其聚沉,高速(6500rpm)离心后倒掉液体得到固体,往固体中加水超声2min得到分散液,再6500rpm离心得到固体,再加水超声离心,如此重复水洗5次左右盐基本就全洗掉。
作为优选,步骤(4)所述离心洗涤时所用溶剂为纯水,离心时的转速为 6000-6500rpm,离心时间为5-6min,步骤(4)所述离心洗涤时纯水的用量为 10mL,洗涤次数为5次。
作为优选,所述析氢反应的催化剂为将二硫化钼和石墨烯复合物稀释滴到玻碳电极上用作析氢反应催化剂。
作为优选,二硫化钼和石墨烯复合物稀释到4mg mL-1,二硫化钼和石墨烯复合物稀释后滴到玻碳电极上的量为40μg。
本发明方法在溶剂中加入盐辅助剥离,极大地提高了剥离效率。加盐辅助剥离可以原位制备不同体系下的二硫化钼和石墨烯复合物分散液,其浓度与纯溶剂体系(即不加盐的溶剂体系)制备的相比可以提高一百倍左右,且剥离制得的纳米尺寸二硫化钼和石墨烯组成和结构上质量较好。并且将二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢反应的催化剂,与纯的二硫化钼纳米片相比,催化效果得到大大提高。实际操作过程中发现不同初始用量的二硫化钼粉和石墨粉超声后得到的二硫化钼和石墨烯复合物催化效果也有差异,当石墨粉和二硫化钼粉末初始用量为2:1 时,析氢效果最好。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明的制备方法简单易行,成本低,毒性小后处理简单,同时制备得到的二硫化钼和石墨烯复合物产量高、质量好、结构稳定,纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物产量与纯溶剂体系相比有明显提高;本发明通过加盐辅助剥离可以原位制备不同体系下的二硫化钼和石墨烯分散液,其浓度与纯溶剂体系相比最高可以提高一百倍左右,并且将二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢反应的催化剂,与纯的二硫化钼纳米片相比,催化效果得到大大提高,并且复合物廉价易得、化学稳定性高并且对于析氢反应催化活性高。该方法适用于工业化大批量生产纳米尺寸的二硫化钼和石墨烯复合物,并且可以用来作析氢反应的催化剂,将来有可能替代Pt等贵金属作析氢反应催化剂。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的纳米二硫化钼石和墨烯复合物的透射电镜图;
图2为本发明实施例1制备的纳米二硫化钼和石墨烯复合物的原子力显微镜图;
图3为本发明实施例1制备的纳米二硫化钼和石墨烯复合物作电化学析氢的 LSV图;
图4是不同比例初始用量的二硫化钼和石墨粉混合剥离后用得到的纳米二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢的LSV曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)将粒径≤2μm二硫化钼粉末、粒径为1200目的石墨粉、亚铁氰化钾加入异丙醇中得混合溶液A,混合溶液A中二硫化钼和石墨粉浓度为25mg mL-1,酒石酸钠浓度为20mgmL-1,溶剂异丙醇的表面张力在40mN/m;
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理,温度为室温,时间为8小时,功率 200W;
(3)超声剥离处理后,在转速为3000rpm,离心时间为20min以除去未剥离的二硫化钼粉末和石墨粉,收集悬浮液即得到含有纳米尺寸二硫化钼和石墨烯悬浮液,悬浮液中所得到的二硫化钼纳米片和石墨烯为单层或少层。
(4)后期通过水洗去除盐颗粒,在悬浮液(悬浮液实际是个胶体)中滴加几滴饱和氯化钾溶液使其聚沉,采用高速(6500rpm)离心后倒掉液体得到固体,往固体中加水超声2min得到分散液,再6500rpm离心得到固体,再加水超声离心,如此重复水洗5次左右盐就基本全洗掉。离心洗涤时纯水的用量为10mL,洗涤次数为5次,每次离心时间为5min。
实施例2
(1)将粒径≤2μm二硫化钼粉末、粒径为1200目的石墨粉、酒石酸钾钠加入N,N-二甲基甲酰胺中得混合溶液A,混合溶液A中二硫化钼和石墨粉浓度为5mg mL-1,酒石酸钠浓度为5mg mL-1,溶剂N,N-二甲基甲酰胺的表面张力在35mN/m;
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理,温度为室温,时间为9小时,功率 180W;
(3)超声剥离处理后,在转速为3000rpm,离心时间为20min以除去未剥离的二硫化钼粉末和石墨粉,收集悬浮液即得到含有纳米尺寸二硫化钼和石墨烯悬浮液,悬浮液中所得到的二硫化钼纳米片和石墨烯为单层或少层。
(4)后期通过水洗去除盐颗粒,在悬浮液(悬浮液实际是个胶体)中滴加几滴饱和氯化钾溶液使其聚沉,采用高速(6500rpm)离心后倒掉液体得到固体,往固体中加水超声2min得到分散液,再6500rpm离心得到固体,再加水超声离心,如此重复水洗5次左右盐就基本全洗掉。离心洗涤时纯水的用量为10mL,洗涤次数为5次,每次离心时间为5min。
实施例3
(1)将粒径≤2μm二硫化钼粉末、粒径为1200目的石墨粉、酒石酸钠加入氮甲基吡咯烷酮中得混合溶液A,混合溶液A中二硫化钼和石墨粉浓度为40 mg mL-1,酒石酸钠浓度为40mg mL-1,溶剂氮甲基吡咯烷酮的表面张力在45 mN/m;
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理,温度为室温,时间为3小时,功率 200W;
(3)超声剥离处理后,在转速为3000rpm,离心时间为20min以除去未剥离的二硫化钼粉末,收集悬浮液即得到含有纳米尺寸二硫化钼和石墨烯悬浮液,悬浮液中所得到的二硫化钼纳米片和石墨烯为单层或少层。
(4)后期通过水洗去除盐颗粒,在悬浮液(悬浮液实际是个胶体)中滴加几滴饱和氯化钾溶液使其聚沉,采用高速(6000rpm)离心后倒掉液体得到固体,往固体中加水超声2min得到分散液,再6000rpm离心得到固体,再加水超声离心,如此重复水洗5次左右盐就基本全洗掉。离心洗涤时纯水的用量为10mL,洗涤次数为5次,每次离心时间为6min。
实施例4
(1)将粒径≤2μm二硫化钼粉末、粒径为1200目的石墨粉、、焦磷酸钠加入去离子水中得混合溶液A,混合溶液A中二硫化钼和石墨粉浓度为20mg mL-1,焦磷酸钠浓度为20mgmL-1,水溶剂的表面张力在40mN/m;
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理,温度为室温,时间为8小时,功率200W;
(3)超声剥离处理后,在转速为2000rpm,离心时间为30min以除去未剥离的二硫化钼粉末和石墨粉,收集悬浮液即得到含有纳米尺寸二硫化钼和石墨烯悬浮液,悬浮液中所得到的二硫化钼纳米片和石墨烯为单层或少层。
(4)后期通过水洗去除盐颗粒,在悬浮液(悬浮液实际是个胶体)中滴加几滴饱和氯化钾溶液使其聚沉,采用高速(6500rpm)离心后倒掉液体得到固体,往固体中加水超声2min得到分散液,再6500rpm离心得到固体,再加水超声离心,如此重复水洗5次左右盐就基本全洗掉。离心洗涤时纯水的用量为10mL,洗涤次数为5次,每次离心时间为5min。
实施例5
实施例5与实施例1的制备方法相同,不同之处在于碳酸钠替换成磷酸二氢钾,溶剂替换成酮类为丙酮。
实施例6
实施例6与实施例1的制备方法相同,不同之处在于溶剂替换成胺类为N,N- 二甲基甲酰胺。
实施例7
实施例7与实施例1的制备方法相同,不同之处在于溶剂替换成醇的水溶液为体积分数70%甲醇、75%乙醇和70%的异丙醇等体积混合。
试验例1
测试本发明实施例制备的二硫化钼和石墨烯悬浮液中二硫化钼和石墨烯复合物的浓度,同时对于剥离的二硫化钼和石墨烯复合物质量通过透射电镜、原子力显微镜来确定;结果如表1以及图1-2所示。纳米二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢反应催化剂通过线性扫描伏安测试来测定;结果如图3-4所示。
其中对比例1与实施例1制备的方法相同,不同之处在于不加入盐;
对比例2与实施例2制备的方法相同,不同之处在于不加入盐;
对比例3与实施例3制备的方法相同,不同之处在于不加入盐。
同时实施例1制备的纳米二硫化钼和石墨烯复合物的透射电镜图、原子力显微镜图,分别如图1、图2。由图1透射电镜图可以看出剥离得到的二硫化钼和石墨烯复合物片层很薄,图2原子力图说明得到的二硫化钼纳米片和石墨烯为单层,这两个图都说明剥离成功了,得到了单层或少层二硫化钼纳米片和石墨烯。图3中可以看出纳米二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢的LSV曲线比纯二硫化钼纳米片和纯的石墨烯有更低的过电位,说明催化效果比纯二硫化钼纳米片和纯的石墨烯好。图4是不同比例初始用量的二硫化钼和石墨粉混合剥离后用得到的纳米二硫化钼和石墨烯复合物用作析氢的LSV曲线,从图中可以看出当石墨粉和二硫化钼粉末初始用量为2:1时,析氢效果最好。
表1二硫化钼悬和石墨烯浮液中二硫化钼和石墨烯复合物的浓度
浓度(mg mL-1) | |
实施例1 | 0.3675 |
实施例2 | 0.0988 |
实施例3 | 1.1658 |
对比例1 | 0.0101 |
对比例2 | 0.0033 |
对比例3 | 0.0109 |
Claims (10)
1.混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将二硫化钼粉末、石墨粉、盐加入水溶剂或有机溶剂中混合得到混合溶液A;
(2)对混合溶液A进行超声剥离处理;
(3)超声剥离处理后离心除去未剥离的二硫化钼粉末和石墨粉,收集悬浮液即得到含有纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物悬浮液;
(4)通过离心洗涤除去复合物悬浮液中残留的盐颗粒。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述混合溶液A中二硫化钼粉末的初始用量为5~40mg mL-1,石墨粉的初始用量为5~40mgmL-1,盐的初始用量为5~40mgmL-1。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述盐优选为焦磷酸钠、酒石酸钠、酒石酸钾钠、乙二胺四乙酸二钠、磷酸二氢钾、亚铁氰化钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、草酸铵、碳酸钠和碳酸氢钠中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述有机溶剂为二甲亚砜、醇类、酮类、胺类或醇的水溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述水溶剂或有机溶剂表面张力在35-45mN/m。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述的超声剥离的温度为室温,时间为8-9小时,功率为180-200W。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述离心的转速为2000-3000rpm,离心时间为20-30min。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(4)所述离心洗涤时所用溶剂为纯水,离心时的转速为6000-6500rpm,离心时间为5-6min。
9.一种权利要求1所述的制备方法制备的纳米二硫化钼和石墨烯复合物。
10.一种权利要求1所述的制备方法制备的纳米二硫化钼和石墨烯复合物在用作析氢反应的催化剂中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810744016.1A CN108893755B (zh) | 2018-07-09 | 2018-07-09 | 混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810744016.1A CN108893755B (zh) | 2018-07-09 | 2018-07-09 | 混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法及其应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108893755A true CN108893755A (zh) | 2018-11-27 |
CN108893755B CN108893755B (zh) | 2020-08-25 |
Family
ID=64349140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810744016.1A Active CN108893755B (zh) | 2018-07-09 | 2018-07-09 | 混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108893755B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110002439A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-07-12 | 华中科技大学 | 一种碱金属盐辅助超声剥离石墨烯及其制备方法与应用 |
CN111137880A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-12 | 武汉科技大学 | 石墨烯的分离纯化方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102910624A (zh) * | 2012-11-08 | 2013-02-06 | 南京师范大学 | 一种高产量无缺陷石墨烯的制备方法 |
CN104409703A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-03-11 | 天津大学 | 二硫化钼/氮掺杂石墨烯三维复合材料的制备方法及应用 |
CN106335925A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-18 | 河南师范大学 | 一种制备单层2h相二硫化钼/石墨烯复合材料的方法 |
WO2017161406A1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | Monash University | Shear assisted electrochemical exfoliation of two dimensional materials |
CN107500358A (zh) * | 2017-09-22 | 2017-12-22 | 南京师范大学 | 一种纳米二硫化钼的制备方法及其制备的二硫化钼 |
-
2018
- 2018-07-09 CN CN201810744016.1A patent/CN108893755B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102910624A (zh) * | 2012-11-08 | 2013-02-06 | 南京师范大学 | 一种高产量无缺陷石墨烯的制备方法 |
CN104409703A (zh) * | 2014-11-24 | 2015-03-11 | 天津大学 | 二硫化钼/氮掺杂石墨烯三维复合材料的制备方法及应用 |
WO2017161406A1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-09-28 | Monash University | Shear assisted electrochemical exfoliation of two dimensional materials |
CN106335925A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-18 | 河南师范大学 | 一种制备单层2h相二硫化钼/石墨烯复合材料的方法 |
CN107500358A (zh) * | 2017-09-22 | 2017-12-22 | 南京师范大学 | 一种纳米二硫化钼的制备方法及其制备的二硫化钼 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
HUAIZHI LIU ET AL.,: "Production of mono- to few-layer MoS2 nanosheets in isopropanol by a salt-assisted direct liquid-phase exfoliation method", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110002439A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-07-12 | 华中科技大学 | 一种碱金属盐辅助超声剥离石墨烯及其制备方法与应用 |
CN111137880A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-12 | 武汉科技大学 | 石墨烯的分离纯化方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108893755B (zh) | 2020-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fan et al. | Facile synthesis of defect-rich nitrogen and sulfur Co-doped graphene quantum dots as metal-free electrocatalyst for the oxygen reduction reaction | |
Yan et al. | N, P-dual doped carbon with trace Co and rich edge sites as highly efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction | |
Zhang et al. | Pomelo peel-derived, N-doped biochar microspheres as an efficient and durable metal-free ORR catalyst in microbial fuel cells | |
Su et al. | Defects-rich porous carbon microspheres as green electrocatalysts for efficient and stable oxygen-reduction reaction over a wide range of pH values | |
Wang et al. | Bifunctional Cu2S–Co (OH) 2 nanotube array/Cu foam electrocatalyst for overall water splitting | |
Shen et al. | Solvent engineering of oxygen‐enriched carbon dots for efficient electrochemical hydrogen peroxide production | |
Liu et al. | Lignin-derived carbon-supported MoC–FeNi heterostructure as efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction | |
Zhao et al. | Effect of over-oxidation treatment of Pt–Co/polypyrrole-carbon nanotube catalysts on methanol oxidation | |
Wang et al. | Synthesis of Pd nanowire networks by a simple template-free and surfactant-free method and their application in formic acid electrooxidation | |
WO2020118786A1 (zh) | 一种铂/磷催化剂及其制备方法和应用 | |
Xu et al. | Self‐Supported Worm‐like PdAg Nanoflowers as Efficient Electrocatalysts towards Ethylene Glycol Oxidation | |
Silva et al. | Nanoporous heteroatom-doped carbons derived from cotton waste: efficient hydrazine oxidation electrocatalysts | |
Lv et al. | Carbon-quantum-dots-involved Fe/Co/Ni phosphide open nanotubes for high effective seawater electrocatalytic decomposition | |
Du et al. | Highly efficient H2 generation over Cu2Se decorated CdS0. 95Se0. 05 nanowires by photocatalytic water reduction | |
Dong et al. | Aminated lignin chelated metal derived bifunctional electrocatalyst with high catalytic performance | |
CN106268901A (zh) | 一种掺氮石墨烯负载Pd/Ni催化剂及其制备方法 | |
CN105977501A (zh) | 一种高性能氧还原MnO2-Mn3O4/碳纳米管复合催化剂及其制备方法和应用 | |
CN108893755A (zh) | 混合剥离一步法制备纳米尺寸二硫化钼和石墨烯复合物的方法及其应用 | |
Li et al. | Bimetal-MOF and bacterial cellulose-derived three-dimensional N-doped carbon sheets loaded Co/CoFe nanoparticles wrapped graphite carbon supported on porous carbon nanofibers: An efficient multifunctional electrocatalyst for Zn-air batteries and overall water splitting | |
Xing et al. | Synergistical enhancement of the electrocatalysis of N-doped porous carbon for fuel cell application | |
CN112657523A (zh) | 二硫化钼纳米片/氮化碳纳米片/石墨烯三维复合电极催化剂的制备方法 | |
CN112054219B (zh) | 氢燃料电池用阴极催化剂活性材料、制备方法及催化剂 | |
CN111193035B (zh) | 一种强π-π共轭的缺陷石墨烯和酞菁铁复合材料的制备方法 | |
Wang et al. | Electrocatalysis of carbon black-or chitosan-functionalized activated carbon nanotubes-supported Pd with a small amount of La2O3 towards methanol oxidation in alkaline media | |
Magal et al. | A comparative study for the electrocatalytic oxidation of alcohol on Pt-Au nanoparticle-supported copolymer-grafted graphene oxide composite for fuel cell application |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |