CN111468141A - 一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用 - Google Patents
一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111468141A CN111468141A CN201911162107.5A CN201911162107A CN111468141A CN 111468141 A CN111468141 A CN 111468141A CN 201911162107 A CN201911162107 A CN 201911162107A CN 111468141 A CN111468141 A CN 111468141A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- amorphous
- ultrasonic
- product
- preparation
- laser
- 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
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 33
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 25
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 19
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 19
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 19
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 18
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 11
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 9
- -1 transition metal sulfide Chemical class 0.000 claims description 9
- SEOVTRFCIGRIMH-UHFFFAOYSA-N indole-3-acetic acid Chemical compound C1=CC=C2C(CC(=O)O)=CNC2=C1 SEOVTRFCIGRIMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003617 indole-3-acetic acid Substances 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- VKCLPVFDVVKEKU-UHFFFAOYSA-N S=[P] Chemical compound S=[P] VKCLPVFDVVKEKU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 27
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012874 electrostatic modification Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012827 research and development Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 7
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- INPLXZPZQSLHBR-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);sulfide Chemical compound [S-2].[Co+2] INPLXZPZQSLHBR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- HHAVHBDPWSUKHZ-UHFFFAOYSA-N propan-2-ol;propan-2-one Chemical compound CC(C)O.CC(C)=O HHAVHBDPWSUKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CIBMHJPPKCXONB-UHFFFAOYSA-N propane-2,2-diol Chemical compound CC(C)(O)O CIBMHJPPKCXONB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004832 voltammetry Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 239000002060 nanoflake Substances 0.000 description 1
- LAIZPRYFQUWUBN-UHFFFAOYSA-L nickel chloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Ni+2] LAIZPRYFQUWUBN-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XTUSEBKMEQERQV-UHFFFAOYSA-N propan-2-ol;hydrate Chemical compound O.CC(C)O XTUSEBKMEQERQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/04—Sulfides
- B01J27/047—Sulfides with chromium, molybdenum, tungsten or polonium
- B01J27/051—Molybdenum
- B01J27/0515—Molybdenum with iron group metals or platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/057—Selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/0573—Selenium; Compounds thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/20—Carbon compounds
- B01J27/22—Carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明属于催化剂研发技术领域,尤其涉及一种二维非晶‑晶态异质结的制备方法及其应用。本发明提供了一种二维非晶‑晶态异质结的制备方法,为:非晶纳米薄片的制备、非晶纳米薄片的剥离以及非晶与晶态纳米片的堆叠。本发明还提供了一种上述制备方法得到的二维非晶‑晶态异质结在电解催化剂和/或电能储存领域中的应用。本发明中,通过激光液相溶蚀技术制备非晶纳米片及静电修饰后的激光液相熔焊技术,形成了异质结催化体系;经检测,所制得的产品,产率达90%以上,与现有同类电解催化剂相比,其催化性能大幅提高,且经长时间静置观察,异质结具有良好的稳定性;解决了现有技术中,非贵金属基催化剂存在着产量低及催化活性差的技术缺陷。
Description
技术领域
本发明属于催化剂研发技术领域,尤其涉及一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用。
背景技术
铂基贵金属是最为理想的电解水催化材料,可以大大减小催化反应过电势,增大电解水制氢的能量转换效率。然而,铂基材料长期以来受限于价格昂贵,储量低等问题,无法实现大规模应用。
目前,研究人员也致力于寻找性能优异的非贵金属基催化剂,非贵金属材料在地球中的含量相对丰富且价格便宜,并且具有非常广阔的选择空间。通过制备非晶纳米材料以增大其比表面积可以提高催化活性,但随着比表面积的增大,纳米晶的尺寸过小可能会导致非晶纳米薄片发生团聚,从而降低催化活性,且传统的制备方法使得产量较低,无法实现大规模的工业化生产应用。同时,由于单纯的非晶态材料的电导率会受到其材质的影响,从而影响其工作稳定性,这使得目前该类催化剂的功能没有得到最大化的发挥。
因此,研发出一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用,用于解决现有技术中,非贵金属基催化剂存在着产量低及催化活性差的技术缺陷,成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用,用于解决现有技术中,非贵金属基催化剂存在着产量低及催化活性差的技术缺陷。
本发明提供了一种二维非晶-晶态异质结的制备方法,所述制备方法为:
步骤一、非晶纳米薄片的制备:过渡金属硫化物超声分散于第一溶剂中,超声环境中脉冲激光照射,将照射完成的产物用第二溶剂离心洗涤,得第一产物;
步骤二、非晶纳米薄片的剥离:所述第一产物在超声环境中,依次经探针剥离、高速剪切和高压均质,得第二产物;
步骤三、非晶与晶态纳米片的堆叠:MoS2超声分散于所述第二产物中,超声环境中脉冲激光照射,将照射完成的产物用第三溶剂离心洗涤,得二维非晶-晶态异质结产品。
优选地,所述过渡金属硫化物选自:CoS、CoSe以及钯磷硫中的任意一种或多种;
步骤一中,所述第一溶剂选自:吲哚乙酸水溶液、异丙醇以及酒精中的任意一种或多种;
步骤一中,所述第二溶剂选自:异丙醇水溶液、酒精以及丙酮中的任意一种或多种。
优选地,步骤一中,所述过渡金属硫化物与所述第一溶剂的投料比为1:(10~30)mg/ml;
步骤一中,所述超声分散的频率53~200KHz,所述超声分散的时间为10~30min。
优选地,步骤一中,所述超声环境的超声频率为53KHz,所述激光脉冲照射的激光波长为532nm,所述激光脉冲照射的激光能量为550mJ,所述激光脉冲照射的频率为10Hz,所述激光脉冲照射的时间为2h。
优选地,步骤一中,所述离心洗涤的离心转速为3000~12000r/min,所述离心洗涤的次数为3~10次。
优选地,步骤二中,所述超声环境的超声频率为53~200KHz;
步骤二中,所述探针剥离的作用时间为2h,所述探针剥离的超声频率为80~120KHz;
步骤二中,所述高速剪切的作用时间为2h,所述高速剪切的剪切速度为10000r/min,剪切的单次作用时间为20~30min,剪切的次数为4~8次;
步骤二中,所述高压均质的作用时间为2h,所述高压均质的均质压力为100MPa,均质的单次作用时间为5min,均质的次数为24次。
优选地,步骤三中,所述MoS2与第二产物的投料比为1:(5~50)mg/ml;
步骤三中,所述超声分散的频率为53~200KHz,所述超声分散的时间为10~30min。
优选地,步骤三中,所述超声环境的超声频率为53KHz,所述激光脉冲照射的激光波长为532nm,所述激光脉冲照射的激光能量为20mJ,所述激光脉冲照射的频率为10Hz,所述激光脉冲照射的时间为0.5h。
优选地,步骤三中,所述第三溶剂选自:异丙醇、酒精以及丙酮中的任意一种或多种;
步骤三中,所述离心洗涤的离心转速为3000~12000r/min,所述离心洗涤的次数为3~10次。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的制备方法得到的二维非晶-晶态异质结在电解催化剂和/或电能储存领域中的应用。
综上所述,本发明提供了一种二维非晶-晶态异质结的制备方法,为:非晶纳米薄片的制备、非晶纳米薄片的剥离以及非晶与晶态纳米片的堆叠。本发明还提供了一种上述制备方法得到的二维非晶-晶态异质结在电解催化剂和/或电能储存领域中的应用。本发明提供的技术方案中,通过激光液相溶蚀技术制备非晶纳米薄片,并通过静电修饰后经由激光液相熔焊技术,形成了异质结催化体系;经检测,本发明提供的制备方法制得的产品,产率达90%以上,与现有同类电解催化剂相比,其催化性能大幅提高,且经长时间静置观察,异质结具有良好的稳定性。本发明提供的一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用,解决了现有技术中,非贵金属基催化剂存在着产量低及催化活性差的技术缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种二维非晶-晶态异质结的制备方法的流程示意图;
图2为为实施例4中,所测得的线性扫描伏安曲线。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用,用于解决现有技术中,非贵金属基催化剂存在着产量低及催化活性差的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用,进行具体地描述。
实施例1
本实施例为制备全二维非晶-晶态异质结1的具体实施例。
10mgCoS在室温下、53KHz频率超声分散10min,分散于10ml第一溶剂1中。分散完成后,转移至50ml的玻璃瓶中,固定在超声水池中,超声频率53KHz;使用532nmYAG激光器以及532nm全反射镜,使脉冲激光从玻璃瓶口照射进溶液中,其中,脉冲激光能量为550mJ,频率10Hz,脉冲激光作用时间为2h。将照射完成的产物用第二溶剂1以3000r/min的转速离心洗涤5次,得第一产物1。本实施例中,第一溶剂1为吲哚乙酸水溶液,吲哚乙酸与去离子水的体积比为1:1;第二溶剂1为异丙醇水溶液,异丙醇与去离子水的体积比为1:1。
第一产物1在80KHz超声环境中,依次经探针剥离、高速剪切和高压均质,得第二产物1。本实施例中,探针剥离的作用时间为2h,高速剪切的作用时间为2h,高压均质的作用时间为2h。
10mgMoS2在室温下、80KHz频率超声分散10min,分散于10ml第二产物1中。分散完成后,转移至50ml的玻璃瓶中,固定在超声水池中,超声频率53KHz;使用532nmYAG激光器以及532nm全反射镜,使脉冲激光从玻璃瓶口照射进溶液中,其中,脉冲激光能量为20mJ,频率10Hz,脉冲激光作用时间为0.5h。将混合样品照射完成的产物用第三溶剂1以10000r/min的转速离心洗涤8次,得全二维非晶-晶态异质结产品1。本实施例中,第三溶剂1为异丙醇。
实施例2
本实施例为制备全二维非晶-晶态异质结2的具体实施例。
10mgCoSe在室温下、80KHz频率超声分散10min,分散于20ml第一溶剂2中。分散完成后,转移至50ml的玻璃瓶中,固定在超声水池中,超声频率53KHz;使用532nmYAG激光器以及532nm全反射镜,使脉冲激光从玻璃瓶口照射进溶液中,其中,脉冲激光能量为550mJ,频率10Hz,脉冲激光作用时间为2h。将照射完成的产物用第二溶剂2以4000r/min的转速离心洗涤5次,得第一产物2。本实施例中,第一溶剂2为异丙醇-酒精混合体水溶液,异丙醇-酒精混合体与去离子水的体积比为4:1;第二溶剂2为异丙醇水溶液,异丙醇与去离子水的体积比为3:1。
第一产物2在80KHz超声环境中,依次经探针剥离、高速剪切和高压均质,得第二产物2。本实施例中,探针剥离的作用时间为2h,高速剪切的作用时间为2h,高压均质的作用时间为2h。
10mgMoS2在室温下、53KHz频率超声分散10min,分散于50ml第二产物2中。分散完成后,转移至50ml的玻璃瓶中,固定在超声水池中,超声频率53KHz;使用532nmYAG激光器以及532nm全反射镜,使脉冲激光从玻璃瓶口照射进溶液中,其中,脉冲激光能量为20mJ,频率10Hz,脉冲激光作用时间为0.5h。将照射完成的产物用第三溶剂2以10000r/min的转速离心洗涤10次,得全二维非晶-晶态异质结产品2。本实施例中,第三溶剂2为丙酮溶液。
实施例3
本实施例为制备二维非晶-晶态异质结3的具体实施例。
20mg钯磷硫粉体在室温下、100KHz频率超声分散10min,分散于50ml第一溶剂3中。分散完成后,转移至50ml的玻璃瓶中,固定在超声水池中,超声频率53KHz;使用532nmYAG激光器以及532nm全反射镜,使脉冲激光从玻璃瓶口照射进溶液中,其中,脉冲激光能量为550mJ,频率10Hz,脉冲激光作用时间为2h。将照射完成的产物用第二溶剂3以5000r/min的转速离心洗涤8次,得第一产物3。本实施例中,第一溶剂3为异丙醇-丙酮混合液水溶液,异丙醇-丙酮混合液与去离子水的体积比为3:1;第二溶剂3为异丙醇水溶液,异丙醇与去离子水的体积比为3:1。
第一产物3在100KHz超声环境中,依次经探针剥离、高速剪切和高压均质,得第二产物3。本实施例中,探针剥离的作用时间为2h,高速剪切的作用时间为2h,高压均质的作用时间为2h。
5mgTiC少层微纳单晶片层在室温下、80KHz频率超声分散10min,分散于50ml第二产物3中。分散完成后,转移至50ml的玻璃瓶中,固定在超声水池中,超声频率53KHz;使用532nmYAG激光器以及532nm全反射镜,使脉冲激光从玻璃瓶口照射进溶液中,其中,脉冲激光能量为20mJ,频率10Hz,脉冲激光作用时间为0.5h。将照射完成的产物用第三溶剂3以12000r/min的转速离心洗涤10次,得二维非晶-晶态异质结产品3。本实施例中,第三溶剂3为酒精水溶液。
实施例4
本实施例为测定实施例1~3所制得的全二维异质结1~3电化学性能的具体实施例。
本实施例为测定实施例1~3制得的全二维非晶态CoS纳米片@少层MoS2片层异质结构体系催化性能的具体实施例,本实施例中,所使用的对照催化剂为纯净的少层MoS2片层催化结构和纯净的CoS非晶片层催化结构。
实验方法
CoS纳米片@少层MoS2片层异质结构催化电极制备
将实施例1~3的步骤3中所制备的样品分散于溶液中,再在溶液内放入合适大小的碳布,使得溶液与碳布接触并形成面积为1cm2的稀薄吸附层,不改变之后的步骤,得到CoS纳米片@少层MoS2片层异质结构催化电极。
电化学测试
在电化学工作站上采用传统三电极体系进行电化学测试,参比电极为饱和甘汞电极,对电极为石墨电极,CoS纳米片@少层MoS2片层异质结构催化电极为工作电极,0.05molL-1氟磺酸溶液为电解液。采用线性扫描伏安法(LSV),设置扫描范围为-0.2V~-1.2V,扫描速率为5mV s-1,记录线性扫描伏安曲线。
实验结果
从图2可以看出,CoS纳米片@少层MoS2片层异质结构催化电极的起始过电位相较于纯净的少层MoS2片层催化结构电极相比提升了约34%,而与纯净的CoS非晶片层催化结构电极相比则可提升近40%。
实施例5
本实施例为测定实施例1~3制得的全二维非晶-晶态异质结构体系的电能存储性能的具体实施例。
电能存储性能的实施方法为:
1.1将六水合氯化镍溶解在去离子水中,配置成浓度为0.05mol/L的水溶液,然后将实施例1~3的步骤3中所制备的全二维异质结粉体分散于水溶液中,在转速1000rpm下搅拌30min,再将0.3mol/L的硫脲加入到上述分散液中,继续在800rpm转速下搅拌30min直至均匀。
1.2将步骤1.1中的混合液放入微波反应器配置的聚四氟乙烯反应釜中,加入磁力搅拌子,反应温度设置为220℃,反应功率为900W,在此条件下进行微波反应60min后,用去离子水洗涤样品三次,然后将样品烘干,并将其与导电炭黑、粘结剂聚四氟乙烯按照质量比例8:1:1于溶剂乙醇中研磨混合0.5h,然后将样品均匀涂敷在碳布衬底上,在80℃真空烘箱里在0.1pa的真空条件下进行真空干燥,制备成电容电极。
1.3将步骤1.2中所制备得到的电极放置在超级电容器三电极体系中进行恒流充放电测试,使用的参比电极为Ag/AgCl,对电极为Pt,电解液为3M KOH溶液。测试出的电压窗口为1.2V,在1A/g的电流密度下比电容可以达到约1460F/g。
在光电催化领域中,目前最好的催化材料就是铂或铂基材料,但是其致命的缺点就是价格昂贵,以及储量较低,无法实现大规模的民用及长时间的可循环供给。本发明提供的技术方案中,利用廉价的非贵金属催化剂硫化钴和二硫化钼,通过对硫化钴进行非晶化处理(即通过激光液相融蚀技术使其成为非晶纳米片层结构),并加入超声分散以及高速剪切和高压均质的辅助手段,实现非晶纳米薄片的制备;而后,再通过静电修饰和激光液相熔焊的方式,使硫化钴非晶纳米薄片与同样用高速剪切和高压均质分离得到的二维二硫化钼纳米晶片一起,构成全二维非晶态-晶态纳米层状异质结构催化体系,使这种全二维结构与具有可以和铂基催化剂相媲美的光电催化性能,同时解决了铂基催化剂的成本问题。此催化体系可用在对其他具有催化效应的材料的制备上,以寻找出性能更好的原材料配合体系,甚至可以与导电水凝胶、气凝胶结合而应用于对NH3等气体的催化分解,具有广泛的应用价值。
综上所述,本发明提供了一种二维非晶-晶态异质结的制备方法,为:非晶纳米薄片的制备、非晶纳米薄片的剥离以及非晶与晶态纳米片的堆叠。本发明还提供了一种上述制备方法得到的二维非晶-晶态异质结在电解催化剂和/或电能储存领域中的应用。本发明提供的技术方案中,通过激光液相溶蚀技术制备非晶纳米片,并通过静电修饰后的激光液相熔焊技术,形成了异质结催化体系;经检测,本发明提供的制备方法制得的产品,产率达90%以上,与现有同类电解催化剂相比,其催化性能大幅提高,且经长时间静置观察,异质结具有良好的稳定性。本发明提供的一种全二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用,解决了现有技术中,非贵金属基催化剂存在着产量低及催化活性差的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种二维非晶-晶态异质结的制备方法,其特征在于,所述制备方法为:
步骤一、非晶纳米薄片的制备:过渡金属硫化物超声分散于第一溶剂中,超声环境中脉冲激光照射,将照射完成的产物用第二溶剂离心洗涤,得第一产物;
步骤二、非晶纳米薄片的剥离:所述第一产物在超声环境中,依次经探针剥离、高速剪切和高压均质,得第二产物;
步骤三、非晶与晶态纳米片的堆叠:将晶态过渡金属硫化物超声分散于所述第二产物中,超声环境中脉冲激光照射,将照射完成的产物用第三溶剂离心洗涤,得二维非晶-晶态异质结产品。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述过渡金属硫化物选自:CoS、CoSe以及钯磷硫中的任意一种或多种;
步骤一中,所述第一溶剂选自:吲哚乙酸水溶液、异丙醇以及酒精中的任意一种或多种;
步骤一中,所述第二溶剂选自:异丙醇水溶液、酒精以及丙酮溶液中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤一中,所述过渡金属硫化物与所述第一溶剂的投料比为1:(10~30)mg/ml;
步骤一中,所述超声分散的频率为53~200KHz,所述超声分散的时间为10~30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤一中,所述超声环境的超声频率为53KHz,所述激光脉冲照射的激光波长为532nm,所述激光脉冲照射的激光能量为550mJ,所述激光脉冲照射的频率为10Hz,所述激光脉冲照射的时间为2h。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤一中,所述离心洗涤的离心转速为3000~12000r/min,所述离心洗涤的次数为3~10次。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述超声环境的超声频率为53~200KHz;
步骤二中,所述超声探针剥离的作用时间为2~3h,所述探针剥离的超声频率为80~120KHz;
步骤二中,所述高速剪切的作用时间为1~2h,所述高速剪切的剪切速度为10000r/min,剪切的单次作用时间为20~30min,剪切的次数为4~8次;
步骤二中,所述高压均质的作用时间为1~2h,所述高压均质的均质压力为100MPa,均质的单次作用时间为5min,均质的次数为24次。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述MoS2与第二产物的投料比为1:(5~50)mg/ml;
步骤三中,所述超声分散的频率为53~200KHz,所述超声分散的时间为10min。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述超声环境的超声频率为53KHz,所述激光脉冲照射的激光波长为532nm,所述激光脉冲照射的激光能量为20mJ,所述激光脉冲照射的频率为10Hz,所述激光脉冲照射的时间为0.5h。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述第三溶剂选自:异丙醇、酒精以及丙酮中的任意一种或多种;
步骤三中,所述离心洗涤的离心转速为3000~12000r/min,所述离心洗涤的次数为3~10次。
10.一种包括权利要求1至9任意一项所述的制备方法得到的二维非晶-晶态异质结在电解催化剂和/或电能储存领域中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911162107.5A CN111468141B (zh) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | 一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911162107.5A CN111468141B (zh) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | 一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111468141A true CN111468141A (zh) | 2020-07-31 |
CN111468141B CN111468141B (zh) | 2021-08-13 |
Family
ID=71745005
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911162107.5A Active CN111468141B (zh) | 2019-11-21 | 2019-11-21 | 一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111468141B (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112742423A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-05-04 | 中山大学 | 钯磷硫二维多晶材料的制备及其在电化学领域中的应用 |
CN115353161A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-18 | 中山大学 | 钯磷硫微纳颗粒的制备及其在光热领域中的应用 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57205193A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | Optical information recording medium |
US20130199937A1 (en) * | 2010-07-29 | 2013-08-08 | Liquid Light, Inc. | Reducing Carbon Dioxide to Products |
WO2016056629A1 (ja) * | 2014-10-08 | 2016-04-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 非水電解質マグネシウム系二次電池 |
CN106745237A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 尹宗杰 | 一种层铸成型石墨烯‑非金属‑金属复合材料及制备方法 |
WO2019138728A1 (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-18 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | 硫化カルボニルの加水分解用触媒及びその製造方法 |
CN110446549A (zh) * | 2017-03-24 | 2019-11-12 | 昭和电工株式会社 | 氧还原催化剂、电极、膜电极接合体和燃料电池 |
CN110449170A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-15 | 浙江师范大学 | 一种非晶态MoS2修饰CoS/Co0.85Se异质纳米管阵列电催化剂的制备方法 |
EP3733284A1 (en) * | 2017-12-27 | 2020-11-04 | Mitsubishi Heavy Industries Engineering, Ltd. | Catalyst for use in hydrolysis of carbonyl sulfide, and method for producing same |
-
2019
- 2019-11-21 CN CN201911162107.5A patent/CN111468141B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57205193A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | Optical information recording medium |
US20130199937A1 (en) * | 2010-07-29 | 2013-08-08 | Liquid Light, Inc. | Reducing Carbon Dioxide to Products |
WO2016056629A1 (ja) * | 2014-10-08 | 2016-04-14 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 非水電解質マグネシウム系二次電池 |
CN106745237A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-31 | 尹宗杰 | 一种层铸成型石墨烯‑非金属‑金属复合材料及制备方法 |
CN110446549A (zh) * | 2017-03-24 | 2019-11-12 | 昭和电工株式会社 | 氧还原催化剂、电极、膜电极接合体和燃料电池 |
EP3733284A1 (en) * | 2017-12-27 | 2020-11-04 | Mitsubishi Heavy Industries Engineering, Ltd. | Catalyst for use in hydrolysis of carbonyl sulfide, and method for producing same |
WO2019138728A1 (ja) * | 2018-01-12 | 2019-07-18 | 三菱重工エンジニアリング株式会社 | 硫化カルボニルの加水分解用触媒及びその製造方法 |
CN110449170A (zh) * | 2019-08-12 | 2019-11-15 | 浙江师范大学 | 一种非晶态MoS2修饰CoS/Co0.85Se异质纳米管阵列电催化剂的制备方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112742423A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-05-04 | 中山大学 | 钯磷硫二维多晶材料的制备及其在电化学领域中的应用 |
CN115353161A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-11-18 | 中山大学 | 钯磷硫微纳颗粒的制备及其在光热领域中的应用 |
CN115353161B (zh) * | 2022-08-24 | 2023-09-05 | 中山大学 | 钯磷硫微纳颗粒的制备及其在光热领域中的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111468141B (zh) | 2021-08-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Faber et al. | High-performance electrocatalysis using metallic cobalt pyrite (CoS2) micro-and nanostructures | |
Xia et al. | In situ growth of porous ultrathin Ni (OH) 2 nanostructures on nickel foam: an efficient and durable catalysts for urea electrolysis | |
Zhan et al. | Synthesis of mesoporous NiCo2O4 fibers and their electrocatalytic activity on direct oxidation of ethanol in alkaline media | |
CN108374179B (zh) | 一种铁掺杂二硒化钴复合氮掺杂碳材料的制备方法及应用 | |
CN105023768B (zh) | 泡沫镍基氧化镍电极材料及其制备方法 | |
CN110227496A (zh) | 一种纳米片组成的微球状Fe掺杂二硫化三镍纳米结构材料、制备方法及应用 | |
CN107335451B (zh) | 铂/二硫化钼纳米片/石墨烯三维复合电极催化剂的制备方法 | |
CN106207204A (zh) | 氮硫双掺杂碳材料双功能氧催化剂及其制备方法和应用 | |
CN108796551B (zh) | 负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴催化剂及其制备方法、作为电解水析氧催化剂的应用 | |
CN104923268A (zh) | 一种自支撑过渡金属硒化物催化剂及其制备方法和应用 | |
CN107376945B (zh) | 一种铁基催化剂、制备方法及其在高效电催化水裂解方面的应用 | |
CN113235104B (zh) | 一种基于zif-67的镧掺杂氧化钴催化剂及其制备方法与应用 | |
CN102806093B (zh) | 一种高效低铂直接甲醇燃料电池催化剂的制备方法 | |
CN109713326A (zh) | 杂原子掺杂的多孔碳包覆八硫化九钴复合型催化剂的应用 | |
CN108358181A (zh) | 一种磷化物的析氢反应电催化剂与制备方法及应用 | |
CN107863538A (zh) | 一种用于乙醇催化的电极及其应用 | |
Tang et al. | Self-reconstruction of highly active NiCo2O4 with triple-continuous transfer of electrons, ions, and oxygen for Zn-air batteries | |
CN111468141B (zh) | 一种二维非晶-晶态异质结的制备方法及其应用 | |
KR20170133179A (ko) | 산소 및 수소 발생 반응을 위한 효율적이고 내구성 있는 양기능성 전기화학촉매로서 니켈 폼 상에 지지된 계층적 NiCo2S4 나노와이어 어레이 | |
CN110504456A (zh) | 一种基于氮氧掺杂球/片多孔碳材料的氧还原电极及其制备方法和应用 | |
CN113363411A (zh) | 一种镍氢二次电池用正极及其制备方法以及一种镍氢二次电池 | |
CN111995760A (zh) | 一种钴-金属有机框架纳米片及其制备方法和应用 | |
Yang et al. | A Co3O4/CuO composite nanowire array as low-cost and efficient bifunctional electrocatalyst for water splitting | |
Gao et al. | Highly efficient bifunctional layered triple Co, Fe, Ru hydroxides and oxides composite electrocatalysts for Zinc-Air batteries | |
Zhang et al. | Efficiently catalyzed sea urchin-like mixed phase SmMn2O5/MnO2 for oxygen reduction reaction in zinc-air battery |
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 |