本发明专利技术公开了一种氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物及其制备方法与应用。该复合物的表述方式为Ni(OH)2/Ni3S2/NF，可作为电极。该电极结构中，纳米树干状的Ni3S2/NF为导电骨架，Ni(OH)2纳米片相当于叶子，生长在纳米树干状的Ni3S2/NF骨架上。具有缺陷结构的Ni(OH)2与Ni3S2的异质界面为活性中心。该Ni(OH)2/Ni3S2/NF电极可作为双功能催化剂，具有优异的阴极催化氢析出和阳极催化氧析出反应性能，具有高电流长期全电解水产氢产氧稳定性。相对于Pt，RuO2等贵金属催化剂，该催化剂合成方法简单且原料丰富，成本较低。
Nickel hydroxide / two sulphide three nickel / foam nickel complex and preparation method and application thereof
The invention discloses a nickel hydroxide / two sulfurized three nickel / foam nickel complex and its preparation method and application. The complex is expressed in the form of Ni(OH)2/Ni3S2/NF and can be used as an electrode. In the electrode structure, nano-trunk-like Ni3S2/NF is the conductive framework, and Ni (OH) 2 Nano-sheets are equivalent to leaves and grow on the nano-trunk-like Ni3S2/NF framework. The heterogeneous interface between Ni(OH)2 and Ni3S2 with defective structure is the active center. The Ni(OH)2/Ni3S2/NF electrode can be used as a bifunctional catalyst. It has excellent cathodic catalytic hydrogen precipitation and anodic catalytic oxygen precipitation reaction performance, and has high current and long-term stability of hydrogen and oxygen production in full-electrolysis aquatic products. Compared with Pt, RuO 2 and other noble metal catalysts, the synthesis method of the catalyst is simple, rich in raw materials and low in cost.
【技术实现步骤摘要】
一种氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物及其制备方法与应用
本专利技术属于纳米材料制备领域，特别涉及一种氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物及其制备方法与应用。
技术介绍
石油、煤和天然气等化石能源的逐渐减少和环境污染的日益严重急需绿色、清洁和可持续的能源的应用。氢能源被认为是21世纪最具潜力的传统能源的替代者。它具有燃烧值高，无污染，可持续生产等优点。2017年11月，国际氢能源委员会明确了氢能源未来愿景，指出在2050年之前，通过更大规模的普及，氢能源将约占整个能源消耗量的20％，届时氢能源需求将达到目前的10倍，全年的CO2排放量能够较现在减少约60亿吨。电催化电解水被认为是制备氢气的最有效途径。然而目前电解槽中运用的RuO2、IrO2、Pt等催化剂在地球上含量稀少，价格昂贵而且稳定性差，限制了这门技术的大范围应用。同时，为减少生产成本和简化电解水操作系统。一种电极材料在同一个电解液中同时具有优异的阳极催化氧析出和阴极催化氢析出性能成为开发研究的一大方法。所以，寻找一种地球含量丰富，价格便宜又具有高效催化电解水性能且能够在高电流下有很好稳定性的双功能过渡金属催化剂来替代上述贵金属催化剂已迫在眉睫。过渡金属硫化物具有科学家们为此付出了很多努力，如通过形貌优化、异质结构构建、缺陷构建和离子掺杂等多种形式使得材料的催化电解水过电势有了一定程度的降低，但它们的性能还比贵金属差一大截，稳定性也需要改善。因此，构建高效且在高电流下长时间稳定工作的催化剂仍是现在急需的。
技术实现思路
为解决上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的是提供一种氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物。本专利技术的另一目的在于，提供上述氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法。本专利技术的再一目的在于，提供上述氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的应用。本专利技术的目的通过下述方案实现：一种氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法，包括以下各步骤：(1)取泡沫镍置于盐酸溶液中处理后干燥，得到产物1；(2)将硫源加入到乙醇溶液中，搅拌使其完全溶解，得到溶液1；(3)将产物1加入到溶液1中，然后在140～160℃条件下反应4～6h后得到反应产物2，反应产物2经洗涤、干燥得到Ni3S2/NF；(4)将镍源加入到乙醇溶液中并混合均匀得到溶液2，将Ni3S2/NF加入到溶液2中，在140～180℃下反应6～8h后干燥，得到所述氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物，记作Ni(OH)2/Ni3S2/NF。优选的，步骤(2)中硫源在乙醇溶液中的加入量为6～9g/L。优选的，步骤(4)中镍源在乙醇溶液中的加入量为5～12g/L。优选的，步骤(1)所述干燥温度为80～120℃，干燥时间为1～5h；步骤(3)所述干燥温度为60～80℃，干燥时间为1～5h。优选的，步骤(1)所述的盐酸溶液的浓度为3～5mol/L，所述处理的时间为5～15min。优选的，步骤(1)所述的硫源为硫代乙酰胺、硫化钠、硫脲中的一种。优选的，步骤(4)所述镍源为六水合硝酸镍，六水合氯化镍、六水和硫酸镍中的一种。优选的，步骤(2)所述乙醇溶液的体积分数为0～20％。优选的，步骤(4)所述乙醇溶液的体积分数为0～20％。上述氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法制备的氢氧化镍/二硫化三镍/镍复合物。上述的氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物在电极材料、超级电容器、燃料电池，锂电池中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)该专利技术原材料丰富，成本低，可在140℃-180℃下制备，制备工艺简单，实验周期短，重复性好。(2)本专利技术制备得到的Ni(OH)2/Ni3S2/NiF具有双功能特性，可在同一碱性电解液下高效的进行阳极催化氧析出和阴极催化氢析出反应和全电解水反应，而且在高电流下具有非常好的稳定性。(3)本专利技术制备的纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NiF的催化电解水活性中心在Ni(OH)2和Ni3S2的界面缺陷上。这些活性中心在催化电解水过程中能够被有效的保护而不脱落，同时，纳米树状的外部结构能有效的促进活性位点与电解质的接触及有利于催化产生的氢气或氧气的溢出，从而在有效的提高材料的活性位点的利用率。(4)需要指出的是，本专利技术制得的氢氧化镍/二硫化三镍/镍复合物的结构与催化活性中心等都与专利技术CN103397339A不同，而且本专利技术中得到的纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF电极在同一电解液中具有双功能特性，优异的全电解水性，和优异的高电流稳定性。附图说明图1为实施例1制得的Ni3S2/NF和Ni(OH)2/Ni3S2/NF与本专利技术制备的Ni(OH)2/NF的X-射线衍射图谱和拉曼图谱，其中，(a)为X-射线衍射图谱，(b)和(c)为(a)中的局部放大图，(d)为拉曼图谱。图2中为实施例1制得的Ni3S2/NF和Ni(OH)2/Ni3S2/NF和与本专利技术制备的Ni(OH)2/NF的X-射线光电子能谱图，其中，(a)对应Ni2p，(b)对应S2p(c)对应O1s。图3为实施例1制备的Ni3S2/NF和Ni(OH)2/Ni3S2/NF与本专利技术制备的Ni(OH)2/NF的扫描电子显微镜不同放大倍率图，其中，(a)对应纳米树干状的Ni3S2/NF，(b)对应纳米片状的Ni(OH)2/NF，(c)对应纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF。图4为实施例1制得的Ni3S2/NF和Ni(OH)2/Ni3S2/NF与本专利技术制备的Ni(OH)2/NF的透射电子显微镜图，其中，(a)对应纳米树干状的Ni3S2/NF，(b)对应纳米片状的Ni(OH)2/NF，(c)对应纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF，(d)为(c)的更高倍数的透射电子显微镜图。图5为实施例1制得的Ni3S2/NF和Ni(OH)2/Ni3S2/NF与本专利技术制备的Ni(OH)2/NF的催化氧析出反应性能电化学表征，其中，(a)为纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF，纳米树干状的Ni3S2/NF，纳米片状的Ni(OH)2/NF，RuO2粘附泡沫镍和泡沫镍在1.0molL-1KOH电解质下的线性扫描循环伏安曲线；(b)为纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF和纳米片状Ni(OH)2与纳米树干状Ni3S2/NF的物理混合物的线性扫描循环伏安曲线；(c)为纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF在100mAcm-2下的过电位与现有报道的其他过渡金属材料的对比；(d)为纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF在电压为1.46V，1.55V和1.65V下持续催化氧析出反应的时间-电流曲线。图6为实施例1制得的纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF在1.65V下催化氧析出反应稳定性测试后的显微镜图，其中，(a)对应低倍扫描电子显微镜图，(b)对应高倍扫描电子显微镜图。图7为实施例1制得的Ni3S2/NF和Ni(OH)2/Ni3S2/NF与本专利技术制备的Ni(OH)2/NF的催化氢析出反应性能电化学表征，其中，(a)为纳米树状的Ni(OH)2/Ni3S2/NF，纳米树干状的Ni3S2/NF，纳米片状的Ni(OH)2/NF，50％Pt/C粘附泡沫镍和泡沫镍在1.0molL-1KOH电解质下的线性扫描循环伏安曲线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取泡沫镍置于盐酸溶液中处理后干燥，得到产物1；(2)将硫源加入到乙醇溶液中，搅拌使其完全溶解，得到溶液1；(3)将产物1加入到溶液1中，然后在140～160℃条件下反应4～6h后得到反应产物2，反应产物2经洗涤、干燥得到Ni3S2/NF；(4)将镍源加入到乙醇溶液中并混合均匀得到溶液2，将Ni3S2/NF加入到溶液2中，在140～180℃下反应6～8h后干燥，得到所述氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物，记作Ni(OH)2/Ni3S2/NF。
【技术特征摘要】
1.一种氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取泡沫镍置于盐酸溶液中处理后干燥，得到产物1；(2)将硫源加入到乙醇溶液中，搅拌使其完全溶解，得到溶液1；(3)将产物1加入到溶液1中，然后在140～160℃条件下反应4～6h后得到反应产物2，反应产物2经洗涤、干燥得到Ni3S2/NF；(4)将镍源加入到乙醇溶液中并混合均匀得到溶液2，将Ni3S2/NF加入到溶液2中，在140～180℃下反应6～8h后干燥，得到所述氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物，记作Ni(OH)2/Ni3S2/NF。2.根据权利要求1所述的氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中硫源在乙醇溶液中的加入量为6～9g/L。3.根据权利要求2所述的氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法，其特征在于，步骤(4)中镍源在乙醇溶液中的加入量为5～12g/L。4.根据权利要求3所述的氢氧化镍/二硫化三镍/泡沫镍复合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥温度为80～120℃，干燥时间为1～5h...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁定胜，黎景卫，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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