CN114345373A - 一种富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂的制备方法。属于能源与催化技术领域。本发明以四水合钼酸铵和硫脲为前驱体，通过一步水热反应，在碳布上合成了掺氧的二硫化钼纳米片阵列。随后通过湿化学腐蚀技术对其刻蚀，最终获得了富含缺陷的高性能析氢电催化剂。本发明制备过程简单可控，催化剂析氢性能优异、成本低，且易于推广应用。
Description
技术领域
本发明公开了一种富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂的制备方法，属于能源和催化技术领域。
背景技术
化石燃料的逐渐消耗及其带来的一系列环境和能源问题促使科学家开发新的清洁无污染的可持续能源，而氢气作为一种清洁、无污染、燃烧热值高的新型能源，为应对未来可能出现的能源危机提供了解决方案。因此，研究氢气的制备尤为重要。其中水电解制取氢技术具有简便、对环境无害、高效高纯制备氢气的优势而备受人们关注。但由于成本原因，该项技术很难大规模推广应用。其中以铂为主要活性物质的催化剂是电解水析氢的最佳催化剂，但是其昂贵的价格和很少的储存量限制了其广泛应用[J.E.Trancik,Nature，2014,507,300-302.]。因此开发出一种成本低廉、性能稳定的非铂类催化剂是实现氢气作为主要能源的关键问题。
自2005年Hinnema[B.Hinnemann,Am.Chem.Soc.,2005,127,5308-5309]通过密度泛函数发现层状MoS2边缘位置的不饱和硫原子有与贵金属铂相媲美的析氢活性，MoS2作为一种极有可能取代铂的非金属析氢催化剂受到了学者们的广泛研究。然而MoS2的活性位点太匮乏，仅集中在边缘部位的硫原子，且较差的电导能力限制了该材料实际的析氢催化活性。对此，有研究学者[J.Am.Chem.Soc.,2014,136,1680-1680]通过一步水热法成功合成了掺氧的MoS2纳米片。在MoS2的晶格中引入氧元素，对MoS2的本征活性和导电性都有所提升，从而使材料表现出比较好的析氢能力。同时有研究者[Xie,J.；Adv.Mater.2013,25,5807-5813]表明在MoS2纳米片表面构筑缺陷能够暴露出更多的不饱和硫活性位点，但导电性能损失严重。然而构筑缺陷存在活性位点丰度和导电能力的矛盾折衷关系，同时与贵金属相比，MoS2的析氢性能仍有一定差距，这限制了MoS2基电催化剂在析氢产业上的应用能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效稳定的富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂，其为掺氧二硫化钼O-MoS2纳米片组装形成纳米片阵列，掺氧二硫化钼纳米片的基面上富含原子错排的缺陷区域。
按上述方案，所述的富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂含有碳布，掺氧的二硫化钼组装在碳布上形成纳米片阵列材料O-MoS2/CC。
提供一种纳米片析氢电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)对碳布进行预处理,得亲水性表面；
(2)将碳布清洗烘干后备用；
(3)配制钼酸铵和硫脲的水溶液；
(4)将步骤3)得到的溶液与步骤2)得到的碳布一同转移至反应釜中进行水热反应，冷却后得到负载有O-MoS2的碳布样品；
(5)将步骤4)获得的碳布样品取出，清洗干燥后得到生长在碳布上的O-MoS2材料；
(6)称取刻蚀剂溶于水中得到刻蚀剂溶液；
(7)将步骤6)得到的刻蚀剂溶液和步骤5)得到的碳布一同转移到反应釜中进行水热反应，冷却后得到目标样品；
(8)反应后，将步骤7)所获得的碳布取出清洗干燥后得到富含缺陷的O-MoS2/CC催化剂材料。
按上述方案，所述步骤(1)的预处理为：常温下将碳布置于浓硝酸中浸泡30～60min，随后置于反应釜中水热处理以清除碳布表面污染物并获得亲水性表面。
按上述方案，上述水热处理为120℃水热30min。
按上述方案，钼酸铵和硫脲的用量比为：S：Mo＝2.0～5.0(摩尔比)，硫脲浓度为0.04～0.06mol/L。
按上述方案，所述步骤(4)的水热反应条件为:水热温度为160～180℃，水热时间为18～24h。
上述方案中，步骤(4)和步骤(7)的反应釜冷却方式为随炉冷却。
上述方案中，步骤(5)中的清洗为：依次通过无水乙醇和去离子水超声清洗3～5次，清洗时间为：15～20min。
上述方案中，步骤(5)中的干燥方式为：真空干燥，干燥温度为：60～80℃，干燥时间为：3h。
上述方案中，步骤(6)中的刻蚀剂为：氢氟酸或氟化铵。
上述方案中，步骤(6)中刻蚀剂的浓度为0.05～0.60mol/L。
上述方案中，步骤(7)刻蚀的温度为60～200℃；刻蚀的时间为4～12h。
上述方案中，步骤(8)超纯水洗涤次数为3～5次。
上述方案中，步骤(8)中的干燥方式为：真空干燥，干燥温度为：60～80℃干燥时间为：3h。
本发明将掺氧的MoS2负载在导电性能优异的碳布上的同时，通过简单的刻蚀策略，在MoS2纳米片的基面上产生区域无序的原子结构，暴露出更多具有析氢活性的不饱和硫原子。实验数据表明这种富含缺陷的纳米片结构具有更加丰富的活性位点，更低的电化学阻抗，从而显著地提高了该材料的析氢性能。解决目前贵金属催化剂成本高，以及MoS2基催化剂性能不足等问题。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一种富含缺陷的掺氧的二硫化钼纳米片析氢电催化剂的制备方法，一步水热将氧掺杂的MoS2与碳布导电基底复合，形成高电导的O-MoS2/CC。再借助高效的湿化学刻蚀策略，使其惰性基面产生大量缺陷，从而暴露出丰富的不饱和硫活性点位，最终实现导电性能和活性位点均得到有效提升，获得高效稳定的析氢性能。其中通过控制刻蚀液的种类、浓度以及刻蚀温度可调控掺氧二硫化钼纳米片的缺陷程度与电荷传输阻抗。
2、本发明提供的富含缺陷的掺氧的二硫化钼纳米片析氢电催化剂的基面产生大量缺陷，暴露出丰富的不饱和硫活性点位，可实现导电性能和活性位点均得到有效提升，获得高效稳定的析氢性能；不含有任何贵金属，成本低廉、性能稳定、易于推广应用。
3、本发明采用水热法进行刻蚀，工艺简单，重复率高。控制刻蚀液的浓度和刻蚀温度来控制刻蚀速率，能够实现对MoS2纳米片基面原子错排程度的可控调控，最终获得缺陷丰富，析氢活性优越的MoS2基析氢电催化剂。
附图说明
图1为实施例1中制取的富含缺陷的O-MoS2/CC样品的广角衍射XRD图。其中刻蚀温度为120℃，刻蚀时间为6h，刻蚀剂为氟化铵，浓度为0.25mol/L。
图2为实施例1中制备的富含缺陷的O-MoS2/CC样品的扫描电镜(SEM)照片。未刻蚀的O-MoS2/CC样品(a、b、c、d)；以及分别在60℃(e、f、g、h)；120℃(i、j、k、l)和180℃(m、n、o、p)下刻蚀的样品的SEM照片。其中刻蚀剂为氟化铵，浓度为0.25mol/L，刻蚀时间为6h。
图3为实施例1中制备的富含缺陷的O-MoS2/CC样品的Mapping扫描图。图a为所选Mapping区域，图b、c、d分别为Mo、O、S元素的EDX元素分布图。其中刻蚀温度为120℃，氟化铵的浓度为0.25mol/L。
图4为实施例1中制取的富含缺陷的O-MoS2/CC样品的高分辨透射电镜(HRTEM)照片。未刻蚀的O-MoS2/CC样品(图a、b和c)；分别在60℃(图d、e、f)；120℃(图g、h、i)以及180℃(图j、k、l)下刻蚀的样品的HRTEM照片。其中a、d、g、j为各样品纳米片基面，b、e、h、k为其边缘位，c、f、i、l为纳米片卷曲位的HRTEM照片。其中刻蚀剂为氟化铵，浓度为0.25mol/L，刻蚀时间为6h。
图5为实施例1中在未刻蚀(EOM/CC)以及分别在120℃(EOM/CC-120)；180℃(EOM/CC-180)下刻蚀的富含缺陷的O-MoS2/CC样品的极化曲线和塔菲尔斜率图。其中刻蚀液为氟化铵，浓度为0.25mol/L，刻蚀时间6h。
图6为实施例2中在不同刻蚀液浓度下0.2和0.3mol/L下刻蚀的富含缺陷的O-MoS2/CC样品的极化曲线和塔菲尔斜率图。其中刻蚀剂为氟化铵，刻蚀温度为120℃，刻蚀时间为6h。
图7为实施例1中，制备的生长在碳布上的O-MoS2/CC复合催化剂的电化学稳定性。其中刻蚀温度为120℃，刻蚀时间为6h，刻蚀剂为氟化铵，浓度为0.25mol/L。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，如无具体说明，所述药品均为市售化学药品。
实施例1
一种富含缺陷的O-MoS2/CC析氢电催化剂的制备方法。其制备方法如下：
(1)对碳布进行预处理。首先将碳布置于浓硝酸中浸泡30min，然后将其置于120℃条件下水热30min，随炉冷却至室温，待用。
(2)将步骤(1)中处理过的碳布取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗3～5次，然后置于60℃烘箱中烘干备用。
(3)用电子天平称取硫脲，和钼酸铵溶于40mL去离子水中，控制硫脲与钼酸铵的(S/Mo)摩尔比为5.0，硫脲浓度为0.04mol/L于室温下磁力搅拌25min。
(4)将步骤(2)得到的碳布和步骤(3)得到的溶液转移至50mL的反应釜中，在180℃条件下，水热反应时间为18h，随炉冷却至室温。
(5)将步骤(4)得到的碳布样品依次在无水乙醇和超纯水中超声清洗15min，然后置于60℃真空干燥箱中抽真空干燥3h后，得到负载在碳布上的氧掺杂二硫化钼样品(OM/CC)。
(6)用电子天平称取氟化铵溶于20mL去离子水中，控制氟化铵的浓度为0.25mol/L，随后将其在室温下磁力搅拌15min。
(7)将步骤(6)得到的溶液和步骤(5)得到的碳布一同转移到25mL反应釜中，控制温度分别为60、120、180℃，水热6h后随炉冷却至室温。
(8)将步骤(7)获得的碳布样品依次用无水乙醇和去离子水超声清洗15min后，将其置于真空干燥箱中，在60℃下抽真空干燥3h。最终得到在不同温度下刻蚀的O-MoS2/CC样品(EOM/CC-60；EOM/CC-120；EOM/CC-180)
图1是本实施例中，刻蚀温度为120℃下制备的富含缺陷的O-MoS2/CC样品的广角衍射XRD图谱。图像表明，刻蚀后的样品主要由结晶度良好的2H-MoS2相组成。2θ＝9.1°处的衍射峰证实了MoS2晶格中氧掺杂的存在。
图2是本实施例中，未刻蚀样品OM/CC以及在不同温度下刻蚀的O-MoS2/CC样品EOM/CC-60、EOM/CC-120和EOM/CC-180在不同倍数下的SEM照片。从图中可以明显观察到，不同温度下刻蚀的O-MoS2均以超薄的2D纳米片阵列均匀致密地生长在碳纤维表面。
图3是本实施例中EOM/CC-120样品的EDX图像(Mapping)。从EDX图像中可以看出，Mo、S、O各元素均匀地分布在碳钎维表面。
图4为本实施例中未刻蚀的O-MoS2/CC以及在不同温度下刻蚀的O-MoS2/CC样品的HRTEM照片。从图4(a、b、c)中可以观察到未刻蚀的O-MoS2/CC基面原子排列规则有序，纳米片边缘清晰锋锐。相比较而言，经过刻蚀的O-MoS2/CC样品的原子基面产生了区域无序结构，且随着温度的升高，基面原子错排程度越高(见图4(d、g、j))，同时高效的蚀刻会导致O-MoS2纳米片的晶格边缘变薄而逐渐模糊(见图4(e、h、k))。由此表明，其基面产生大量缺陷，基面原子错排使其暴露出更加丰富的不饱和硫活性位点。而图4(c、f、i、l)可以观察到纳米片样品的层间距均为0.95nm(纯MoS2为0.65nm，O-MoS2为0.95nm)，这表明刻蚀前后，并未破坏MoS2的氧掺杂结构。
图5为本实施例中未刻蚀(EOM/CC)以及分别在120℃(EOM/CC-120)；180℃(EOM/CC-180)下刻蚀的EOM/CC-120和EOM/CC-180样品的极化曲线和塔菲尔斜率图。从图5的极化曲线中可以得到，未刻蚀样品在-200mA/cm2的过电位高达-279mV，而经过刻蚀后，EOM/CC-120和EOM/CC-180样品在-200mA/cm2的过电位分别为-228和-241mV。这表明，刻蚀后不仅加快了O-MoS2的析氢动力学(见图5右塔菲尔斜率图)，也使得O-MoS2表现出更加优异的析氢性能。
图7为本实施例中在120℃下刻蚀的O-MoS2/CC样品的电化学稳定性曲线。从图中可以观察到，经过1000次循环，其性能无明显衰减，由此证明，经过刻蚀后的O-MoS2/CC样品具有优异的电化学稳定性。
实施例2
一种富含缺陷的O-MoS2/CC析氢电催化剂的制备方法。其制备方法如下：
(1)对碳布进行预处理。首先将碳布置于浓硝酸中浸泡30min，然后将其置于120℃条件下水热30min，随炉冷却至室温，待用。
(2)将步骤(1)中处理过的碳布取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗3～5次，然后置于60℃烘箱中烘干备用。
(3)用电子天平称取硫脲，和钼酸铵溶于40mL去离子水中，控制硫脲与钼酸铵的(S/Mo)摩尔比为5.0，硫脲浓度为0.04mol/L于室温下磁力搅拌25min。
(4)将步骤(2)得到的碳布和步骤(3)得到的溶液转移至50mL的反应釜中，在180℃条件下，水热反应时间为18h，随炉冷却至室温。
(5)将步骤(4)得到的碳布样品依次在无水乙醇和超纯水中超声清洗15min，然后置于60℃真空干燥箱中抽真空干燥3h。
(6)用电子天平称取氟化铵溶于20mL去离子水中，控制氟化铵的浓度分别为0.20和0.30mol/L，随后将其在室温下磁力搅拌15min。
(7)将步骤(6)得到的溶液和步骤(5)得到的碳布一同转移到25mL反应釜中，控制温度为120℃，水热6h后随炉冷却至室温。
(8)将步骤(7)获得的碳布样品依次用无水乙醇和去离子水超声清洗15min后，将其置于真空干燥箱中，在60℃下抽真空干燥3h。干燥后即可得到在刻蚀液不同浓度下刻蚀的O-MoS2/CC样品(EOM/CC-0.2；EOM/CC-0.3)
图6为本实施例中EOM/CC-0.2和EOM/CC-0.3样品的极化曲线和塔菲尔斜率图。从图6的极化曲线中可以观察到，EOM/CC-0.2和EOM/CC-0.3样品在-200mA/cm2电流密度下的过电位分别仅有-242mV和-249mV，具有优越的电催化析氢性能。
实施例3
一种富含缺陷的O-MoS2/CC析氢电催化剂的制备方法。其制备方法如下：
(1)对碳布进行预处理。首先将碳布置于浓硝酸中浸泡50min，然后将其置于120℃条件下水热30min，随炉冷却至室温，待用。
(2)将步骤(1)中处理过的碳布取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗3～5次，然后置于60℃烘箱中烘干备用。
(3)用电子天平称取硫脲，和钼酸铵溶于40mL去离子水中，控制硫脲与钼酸铵的(S/Mo)摩尔比为3.0，硫脲浓度为0.04mol/L于室温下磁力搅拌25min。
(4)将步骤(2)得到的碳布和步骤(3)得到的溶液转移至50mL的反应釜中，在180℃条件下，水热反应时间为18h，随炉冷却至室温。
(5)将步骤(4)得到的碳布样品依次在无水乙醇和超纯水中超声清洗15min，然后置于60℃真空干燥箱中抽真空干燥3h后，得到负载在碳布上的氧掺杂二硫化钼样品(OM/CC)。
(6)用电子天平称取氢氟酸溶于20mL去离子水中，控制氢氟酸的浓度为0.05mol/L，随后将其在室温下磁力搅拌15min。
(7)将步骤(6)得到的溶液和步骤(5)得到的碳布一同转移到25mL反应釜中，在200℃条件下水热4h，然后随炉冷却至室温。
(8)将步骤(7)获得的碳布样品依次用无水乙醇和去离子水超声清洗15min后，将其置于真空干燥箱中，在60℃下抽真空干燥3h。最终得到富含缺陷的O-MoS2/CC样品，O-MoS2纳米片阵列均匀致密地生长在碳纤维表面，掺氧二硫化钼纳米片的基面上富含原子错排的缺陷区域。
实施例4
一种富含缺陷的O-MoS2/CC析氢电催化剂的制备方法。其制备方法如下：
(1)对碳布进行预处理。首先将碳布置于浓硝酸中浸泡60min，然后将其置于120℃条件下水热30min，随炉冷却至室温，待用。
(2)将步骤(1)中处理过的碳布取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗3～5次，然后置于60℃烘箱中烘干备用。
(3)用电子天平称取硫脲，和钼酸铵溶于40mL去离子水中，控制硫脲与钼酸铵的(S/Mo)摩尔比为5.0，硫脲浓度为0.04mol/L于室温下磁力搅拌25min。
(4)将步骤(2)得到的碳布和步骤(3)得到的溶液转移至50mL的反应釜中，在180℃条件下，水热反应时间为24h，随炉冷却至室温。
(5)将步骤(4)得到的碳布样品依次在无水乙醇和超纯水中超声清洗15min，然后置于60℃真空干燥箱中抽真空干燥3h后，得到负载在碳布上的氧掺杂二硫化钼样品(OM/CC)。
(6)用电子天平称取氢氟酸溶于20mL去离子水中，控制氢氟酸的浓度为0.50mol/L，随后将其在室温下磁力搅拌15min。
(7)将步骤(6)得到的溶液和步骤(5)得到的碳布一同转移到25mL反应釜中，在120℃下水热8h，然后随炉冷却至室温。
(8)将步骤(7)获得的碳布样品依次用无水乙醇和去离子水超声清洗15min后，将其置于真空干燥箱中，在60℃下抽真空干燥3h后最终得到富含缺陷的O-MoS2/CC样品，O-MoS2纳米片阵列均匀致密地生长在碳纤维表面，掺氧二硫化钼纳米片的基面上富含原子错排的缺陷区域。
实施例5
一种富含缺陷的O-MoS2/CC析氢电催化剂的制备方法。其制备方法如下：
(1)对碳布进行预处理。首先将碳布置于浓硝酸中浸泡30min，然后将其置于120℃条件下水热30min，随炉冷却至室温，待用。
(2)将步骤(1)中处理过的碳布取出，分别用无水乙醇和去离子水清洗3～5次，然后置于80℃烘箱中烘干备用。
(3)用电子天平称取硫脲，和钼酸铵溶于40mL去离子水中，控制硫脲与钼酸铵的(S/Mo)摩尔比为5.0，硫脲浓度为0.04mol/L于室温下磁力搅拌25min。
(4)将步骤(2)得到的碳布和步骤(3)得到的溶液转移至50mL的反应釜中，在180℃条件下，水热反应时间为18h，随炉冷却至室温。
(5)将步骤(4)得到的碳布样品依次在无水乙醇和超纯水中超声清洗15min，然后置于80℃真空干燥箱中抽真空干燥3h后，得到负载在碳布上的氧掺杂二硫化钼样品(OM/CC)。
(6)用电子天平称取氟化铵溶于20mL去离子水中，控制氟化铵的浓度为0.60mol/L，随后将其在室温下磁力搅拌15min。
(7)将步骤(6)得到的溶液和步骤(5)得到的碳布一同转移到25mL反应釜中，在60℃下水热12h，然后随炉冷却至室温。
(8)将步骤(7)获得的碳布样品依次用无水乙醇和去离子水超声清洗15min后，将其置于真空干燥箱中，在80℃下抽真空干燥3h。最终得到富含缺陷的O-MoS2/CC样品，O-MoS2纳米片阵列均匀致密地生长在碳纤维表面，掺氧二硫化钼纳米片的基面上富含原子错排的缺陷区域。
以上显示和描述了本发明基本原理和优点。对于所属领域的普技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂，其特征在于：掺氧二硫化钼O-MoS2纳米片组装形成纳米片阵列，掺氧二硫化钼纳米片的基面上富含原子错排的缺陷区域。
2.根据权利要求1所述的富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂，其特征在于：所述的富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂含有碳布，掺氧的二硫化钼组装在碳布上形成纳米片阵列材料O-MoS2/CC。
3.权利要求1所述的富含缺陷的掺氧二硫化钼纳米片析氢电催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)对碳布进行预处理,得亲水性表面；
(2)将碳布清洗烘干后备用；
(3)配制钼酸铵和硫脲的水溶液；
(4)将步骤3)得到的溶液与步骤2)得到的碳布一同转移至反应釜中进行水热反应，冷却后得到负载有O-MoS2的碳布样品；
(5)将步骤4)获得的碳布样品取出，清洗干燥后得到生长在碳布上的O-MoS2材料；
(6)称取刻蚀剂溶于水中得到刻蚀剂溶液；
(7)将步骤6)得到的刻蚀剂溶液和步骤5)得到的碳布一同转移到反应釜中进行水热反应，冷却后得到目标样品；
(8)反应后，将步骤7)所获得的碳布取出清洗干燥后得到富含缺陷的O-MoS2/CC催化剂材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的预处理为：常温下将碳布置于浓硝酸中浸泡30～60min，随后置于反应釜中水热处理以清除碳布表面污染物并获得亲水性表面。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的水热处理为120℃水热30min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：钼酸铵和硫脲的用量比为：S：Mo摩尔比为2.0～5.0，硫脲浓度为0.04～0.06mol/L；
所述步骤(4)的水热反应条件为:水热温度为160～180℃，水热时间为18～24h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(4)和步骤(7)的反应釜冷却方式为随炉冷却；
步骤(5)中的清洗为：依次通过无水乙醇和去离子水超声清洗3～5次，清洗时间为：15～20min；
步骤(8)超纯水洗涤次数为3～5次。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)中的干燥方式为：真空干燥，干燥温度为：60～80℃，干燥时间为：3h；
步骤(8)中的干燥方式为：真空干燥，干燥温度为：60～80℃干燥时间为：3h。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(6)中的刻蚀剂为：氢氟酸或氟化铵。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤(6)中刻蚀剂的浓度为0.05～0.60mol/L；步骤(7)刻蚀的温度为60～200℃；刻蚀的时间为4～12h。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150116906A1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-04-30 | Empire Technology Development Llc | Two-dimensional transition metal dichalcogenide sheets and methods of preparation and use |
| CN107442138A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-12-08 | 江苏大学 | 一种二硫化钼/碳布复合析氢电催化材料的制备方法 |
| CN108118362A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-05 | 国家纳米科学中心 | 一种二硫化钼电催化产氢电极及其制备方法和用途 |
| CN110292941A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-10-01 | 郑州大学 | 一种适用于析氢阴极催化剂-氧掺杂球状二硫化钼材料的制备技术 |
| US20200048783A1 (en) * | 2017-03-09 | 2020-02-13 | Qatar Foundation For Education, Science And Community Development | Electrocatalyst for hydrogen evolution reaction |
| CN110961122A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-07 | 中国石油大学(华东) | 一种用于电催化析氢的MoS2修饰三维多孔碳基复合材料的制备方法 |
| CN111250112A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-09 | 武汉理工大学 | 一种高性能电催化析氢多相复合催化剂及其制备方法 |
-
2020
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150116906A1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-04-30 | Empire Technology Development Llc | Two-dimensional transition metal dichalcogenide sheets and methods of preparation and use |
| US20200048783A1 (en) * | 2017-03-09 | 2020-02-13 | Qatar Foundation For Education, Science And Community Development | Electrocatalyst for hydrogen evolution reaction |
| CN107442138A (zh) * | 2017-06-15 | 2017-12-08 | 江苏大学 | 一种二硫化钼/碳布复合析氢电催化材料的制备方法 |
| CN108118362A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-05 | 国家纳米科学中心 | 一种二硫化钼电催化产氢电极及其制备方法和用途 |
| CN110292941A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-10-01 | 郑州大学 | 一种适用于析氢阴极催化剂-氧掺杂球状二硫化钼材料的制备技术 |
| CN110961122A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-07 | 中国石油大学(华东) | 一种用于电催化析氢的MoS2修饰三维多孔碳基复合材料的制备方法 |
| CN111250112A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-09 | 武汉理工大学 | 一种高性能电催化析氢多相复合催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAOYU YANG ET AL.: ""Efficient etching of oxygen-incorporated molybdenum disulfide nanosheet arrays for excellent electrocatalytic hydrogen evolution"", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 * |
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