一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料及其合成方法技术

本发明专利技术提供了一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，包括以下步骤：将洁净的泡沫铜浸入钒源浓度为10~40 mM、钒源与硫源摩尔比为1:（1~10）的悬浊液中，进行溶剂热反应，充分反应后，得到V修饰的Cu2S自支撑电极材料。本发明专利技术还公布了通过该方法制备的V修饰的Cu2S自支撑电极材料。该方法采用的是一步溶剂热反应直接合成最终产物，具有低的合成温度，操作简单且反应温和，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。

Vanadium modified Cu2S self supporting electrode material and its synthesis method

The invention provides a method for the synthesis of a vanadium modified Cu2S self supporting electrode material, which includes the following steps: immersing the clean copper foam into the vanadium source concentration of 10~40 mM, the vanadium source and the sulfur source molar ratio of 1: (1~10) to the suspension of the suspension. The solvent thermal reaction is carried out, and the V modified Cu2S self supporting electrode material is obtained after the full reaction. The invention also discloses V modified Cu2S self supporting electrode material prepared by this method. The method uses one step solvent heat reaction to synthesize the final product directly. It has low synthesis temperature, simple operation and mild reaction, cheap and easy to get raw materials, low cost, high yield, no later treatment, environmentally friendly, and suitable for large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料及其合成方法
本专利技术属电极材料表面处理
，具体涉及一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法。
技术介绍
如今，随着经济的快速发展，能源问题和环境污染问题日益严重，而寻找清洁可持续能源是解决这两大难题的突破口，氢能作为新一代的绿色可持续能源，人们对其寄予厚望。水裂解技术是实现可持续制备氢气的有效途径之一，然而，当前常用的水裂解催化剂仍然是基于贵金属Pt的材料，这严重限制了水裂解的规模化、工业化。为解决这一问题，人们开始寻求基于地壳储量高的过渡金属基化合物替代Pt基材料。近年来，对非贵金属催化剂的探索取得了较大进展，但大部分集中在钼、钨、镍、钴等过渡金属元素。尽管元素铜具有地壳丰度高、生物相关性、化学价态丰富（Cu0,CuI,CuII和CuIII）和丰富的化学配位性等特点，然而基于铜的化合物作为电催化水裂解产氢催化剂的研究却相对很少。中国专利技术公告专利第201610343133.8号公开了一种贵金属纳米晶负载CuSbS2纳米晶的制备方法，所得的复合材料具有优异的光催化性能，可用于光电催化领域，但是操作步骤复杂，且反应周期较长，技术难度大。中国专利技术公告专利第201610163670.4号公开了一种不同形貌自组装Cu2S纳米材料的制备，先用氮气保护下反应2~6小时，再在惰性气体下煅烧得到不同形貌自组装Cu2S纳米材料，制备工艺复杂，反应周期长，反应条件苛刻，且成本大。因此，探索一种制备工艺简单、反应条件温和、环境友好的Cu2S材料的制备方法成为当前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利针对上述材料的不足，提出一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，该方法操作简单，反应条件温和，反应周期短，适合大规模应用。该材料可作为一种优异的电催化析氢电催化剂。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，包括以下步骤：（1）将泡沫铜依次浸入到丙酮、盐酸以及水和乙醇中超声清洗，随后真空干燥，盐酸浓度为1~5mol/L；（2）选用十二水合钒酸钠和硫代乙酰胺为原料，称取一定质量，控制钒源与硫源摩尔比为1:（1~10），溶解于适量的溶剂中，使得的钒源浓度为10~40mM，搅拌3~20min，得到悬浊液A；（3）将搅拌好的悬浊液A倒入50mL聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将步骤（1）预处理的泡沫铜放入于聚四氟乙烯内衬中后密封，然后置于均相反应仪中反应；（4）反应结束后，将反应釜在室温下冷却，产物用去离子水和乙醇交替冲洗数次，真空干燥，得到钒修饰的Cu2S自支撑电极材料。步骤（1）所述的超声清洗为5~15min。步骤（1）所述的真空干燥是20~40℃下真空干燥5~15h。步骤（2）所述的溶剂为去离子水、无水乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或几种。步骤（3）所述的溶剂热反应温度为70~200℃，反应时间为1~30h。步骤（4）所述的真空干燥是20~40℃下真空干燥3~15h。与现有技术相比，本专利技术可以得到以下有益效果：（1）该方法采用的是一步溶剂热反应直接合成最终产物，具有低的合成温度，操作简单且反应温和，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。（2）该方法制备的钒修饰的Cu2S自支撑电极材料，形貌均匀，纯度高。同时，泡沫铜基底独特的三维多孔结构，提高了电荷的传输能力。继而能够大大增强其电化学性能。（3）钒与Cu2S产生的协同作用，提高了材料的催化活性位点，作为电解水产氢电极材料时能够表现出优异的电化学性能，在10mA/cm2的电流密度下，其过电势约为280mV，在100mA/cm2的电流密度下，其过电势约为470mV，且材料具有良好的稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例3制备的钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的X-射线衍射（XRD）图谱；图2为本专利技术实施例3制备的钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的扫描电镜（SEM）照片；图3为本专利技术实施例3制备的钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的线性扫描伏安（LSV）性能测试图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术做进一步详细描述，但是本专利技术不局限于以下实施例。实施例1：（1）将（2×5）cm的泡沫铜浸入到丙酮中超声清洗5min、再浸入到1mol/L的盐酸中进行超声清洗5min，最后分别用乙醇与去离子水交替冲洗3次，在20℃下真空干燥5h后得到处理后的泡沫铜；（2）选取十二水合钒酸钠和硫代乙酰胺为原料，取十二水合钒酸钠为0.2mmol，控制钒源与硫源的摩尔比为1：1，同时加入到20ml无水乙醇中，在室温下磁力搅拌3min得到悬浊液A；（3）将搅拌好的悬浊液A及步骤（1）预处理的泡沫铜放入于50mL聚四氟乙烯内衬中密封，然后置于均相反应仪中反应，在70℃下反应时间为1h条件下进行反应；（4）待反应结束、冷却后，产物用去离子水和乙醇交替冲洗3次，然后20℃下真空干燥5h得到一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料。实施例2：（1）将（2×5）cm的泡沫铜浸入到丙酮中超声清洗5min、再浸入到2mol/L的盐酸中进行超声清洗5min，最后分别用乙醇与去离子水交替冲洗3次，在20℃下真空干燥10h后得到处理后的泡沫铜；（2）选取十二水合钒酸钠和硫代乙酰胺为原料，取十二水合钒酸钠为0.4mmol，控制钒源与硫源的摩尔比为1：1，同时加入到25ml无水乙醇与水的混合液中，在室温下磁力搅拌5min得到悬浊液A；（3）将搅拌好的悬浊液A及步骤（1）预处理的泡沫铜放入于50mL聚四氟乙烯内衬中密封，然后置于均相反应仪中反应，在100℃下反应时间为5h条件下进行反应；（4）待反应结束、冷却后，产物用去离子水和乙醇交替冲洗3次，然后20℃下真空干燥10h得到钒修饰的Cu2S自支撑电极材料。实施例3：（1）将（2×5）cm的泡沫铜浸入到丙酮中超声清洗5min、再浸入到3mol/L的盐酸中进行超声清洗10min，最后分别用乙醇与去离子水交替冲洗3次，在30℃下真空干燥5h后得到处理后的泡沫铜；（2）选取十二水合钒酸钠和硫代乙酰胺为原料，取十二水合钒酸钠为0.8mmol，控制钒源与硫源的摩尔比为1：2，同时加入到30ml甲醇中，在室温下磁力搅拌10min得到悬浊液A；（3）将搅拌好的悬浊液A及步骤（1）预处理的泡沫铜放入于50mL聚四氟乙烯内衬中密封，然后置于均相反应仪中反应，在120℃下反应时间为10h条件下进行反应；（4）待反应结束、冷却后，产物用去离子水和乙醇交替冲洗3次，然后30℃下真空干燥5h得到钒修饰的Cu2S自支撑电极材料。本实施例制备的钒修饰的Cu2S自支撑电极材料，从图1中可以看出X射线粉末衍射峰出现的位置表示为两种相的Cu2S，无其他相产生，表明钒以掺杂的形式存在于材料中。从图2的SEM图中可以看出该样品呈球状分布，形貌均一。从图3的线性扫描伏安图中可以看出，该样品在电流密度为10mA/cm2时，它具有280mV低的过电势，在100mA/cm2的电流密度下，其过电势为470mV，表明该材料具有良好的电催化析氢活性。实施例4：（1）将（2×5）cm的泡沫铜浸入到丙酮中超声清洗5min、再浸入到3mol/L的盐酸中进行超声清洗13min，最后分别用乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将洁净的泡沫铜浸入钒源浓度为10~40 mM、钒源与硫源摩尔比为1:（1~10）的悬浊液中，进行溶剂热反应，充分反应后，得到钒修饰的Cu2S自支撑电极材料。

【技术特征摘要】
1.一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将洁净的泡沫铜浸入钒源浓度为10~40mM、钒源与硫源摩尔比为1:（1~10）的悬浊液中，进行溶剂热反应，充分反应后，得到钒修饰的Cu2S自支撑电极材料。2.根据权利要求1所述的一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，其特征在于，所述钒源包括十二水合钒酸钠；所述硫源包括硫代乙酰胺。3.根据权利要求1所述的一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，其特征在于，所述悬浊液的溶剂为去离子水、无水乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，其特征在于，所述的溶剂热反应温度为70~200℃，反应时间为1~30h。5.根据权利要求1所述的一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，其特征在于，对泡沫铜预处理，将泡沫铜依次浸入到丙酮、盐酸以及水和乙醇中超声清洗，干燥，得到洁净的泡沫铜。6.根据权利要求1所述的一种钒修饰的Cu2S自支撑电极材料的合成方法，其特征在于，反应结束后，待反应体系降至室温，清洗产物，干燥，得到洁净的钒修饰的Cu2S自支撑电极材料。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，杨丹，冯亮亮，黄剑锋，张宁，杜盈盈，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61