异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂及其制备方法和应用，该制备方法包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、镍源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得NiFe‑LDH/泡沫镍复合材料；2)在溶剂的存在下，将镍源、硫源于NiFe‑LDH/泡沫镍复合材料进行溶剂热反应以制得异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂。该异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂与基底结合紧密，结晶度高，具有较低的过电势，良好的电化学稳定性，进而其能够应用于析氧反应和析氢反应中，同时该制备方法原料简单、操作方便。

Heterostructured Fe-Ni Base Dihydroxide @ Nickel Disulfide Complex Array Electrocatalyst and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合物阵列电催化剂，具体地，涉及一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着化石燃料的不断消耗和环境问题的日益严重，寻求一种环境友好型、可持续的新能源势在必行。由于其较高燃烧能量以及燃烧产物的零碳排放，氢气被认为是一种理想的替代传统化石能源的可持续新能源。电解水是生产高纯度和大批量氢气最主要的方法之一。近年来，一些贵金属及其氧化物，如Pt、Ru、Ir、RuO2和IrO2等，由于具有较大的交换电流密度和较低的过电位，被普遍认为是目前最佳的析氧析氢电催化剂。然而，其高成本和稀缺性严重限制了它们的大规模实际应用。此外，同一种催化剂在酸性或碱性条件下往往表现出不同的析氧反应(OER)和析氢反应(HER)活性。因此，设计高效、稳定、价格低廉且能在同一介质中工作的非贵金属双功能电催化剂是加速电解水技术发展的关键。铁镍基层状双氢氧化物(NiFe-LDH)具有较高的氧化还原活性、可控的组成和结构不断地被研究人员证明其在电解水领域具有广阔的应用前景，但是往往所制备的NiFe-LDH催化剂与基底结合力小，结晶度低，并且与其他材料复合时，导致其暴露的活性位点被遮挡，从而催化活性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂及其制备方法和应用，该异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂与基底结合紧密，结晶度高，具有较低的过电势，良好的电化学稳定性，进而其能够应用于析氧反应和析氢反应中，同时该制备方法原料简单、操作方便。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂的制备方法，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、镍源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得NiFe-LDH/泡沫镍复合材料；2)在溶剂的存在下，将镍源、硫源于NiFe-LDH/泡沫镍复合材料进行溶剂热反应以制得异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂。本专利技术还提供了一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂，其特征在于，异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂通过上述的制备方法制备而得。本专利技术进一步提供了一种如上述的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂在析氢反应和析氧反应中的应用。在上述技术方案中，本专利技术的异质结构的NiFe-LDH@Ni3S2复合物阵列通过简单的两步溶剂热法制备而得，制备过程中所加的原料简单，所得产物的形貌均一，与泡沫镍基底结合紧密，结晶度高，电化学性能优异。该方法克服现有技术中常规手段制备的传统表面生长纳米片的结构导致活性位点暴露不足的问题，使其能很好地应用于电化学催化等领域中。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1a是实施例1中制得的产物M1的SEM图；图1b是实施例2中制得的产物M2的SEM图；图1c是实施例3中制得的产物M3的SEM图；图1d是实施例4中制得的产物M4的SEM图；图1e是实施例5中制得的产物M5的SEM图；图1f是实施例6中制得的产物M6的SEM图；图1g是对比例1中制得的产物D1的SEM图；图1h是对比例2中制得的产物D2的SEM图；图2是实施例1中制得的产物M1的XRD图谱。图3a是实施例1中制得的产物M1的析氧反应(OER)性能图；图3b是实施例1中制得的产物M1的析氢反应(HER)性能图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂的制备方法，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、镍源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得NiFe-LDH/泡沫镍复合材料；2)在溶剂的存在下，将镍源、硫源于NiFe-LDH/泡沫镍复合材料进行溶剂热反应以制得异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂。在上述制备方法的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高NiFe-LDH与基底的紧密程度、结晶度以及复合物阵列电催化剂的催化性能，优选地，在步骤1)中，铁源、镍源、氟化铵、尿素与泡沫镍的用量比为0.075-0.75mmol：0.075-0.75mmol：2-10mmol：5-15mmol：1cm×1cm-2.5cm×4cm；更优选地，所述泡沫镍规格为：面密度380g/m2，每平方英寸的孔隙数110个，厚度1.5mm。在上述制备方法的步骤1)中，溶剂的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高NiFe-LDH与基底的紧密程度、结晶度以及复合物阵列电催化剂的催化性能，优选地，在步骤1)中，铁源、溶剂的用量比为0.075-0.75mmol：20-50mL。在上述制备方法的步骤1)中，溶剂热反应的条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高NiFe-LDH与基底的紧密程度、结晶度以及复合物阵列电催化剂的催化性能，优选地，在步骤1)中，溶剂热反应至少满足以下条件：于密闭条件下进行，反应温度为100-140℃，反应时间为10-16h。在上述制备方法的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高Ni3S2与基底的紧密程度、结晶度以及复合物阵列电催化剂的催化性能，优选地，相对于1cm×1cm-2.5cm×4cm的泡沫镍，在步骤2)中，镍源的用量为1-2mmol，硫源的用量为1-2mmol；在上述制备方法的步骤2)中，溶剂的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高Ni3S2与基底的紧密程度、结晶度以及复合物阵列电催化剂的催化性能，优选地，相对于1cm×1cm-2.5cm×4cm的泡沫镍，在步骤2)中，溶剂的用量为20-50mL。在上述制备方法的步骤2)中，溶剂热的条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高Ni3S2与基底的紧密程度、结晶度以及复合物阵列电催化剂的催化性能，优选地，在步骤2)中，溶剂热反应至少满足以下条件：于密闭条件下进行，反应温度为100-140℃，反应时间为2-6h。在上述制备方法的步骤2)中，铁源、镍源和硫源的种类可以在宽的范围内选择，但是从成本上考虑，优选地，铁源选自硝酸铁、氯化铁、醋酸铁和草酸铁中的至少一者；镍源选自硝酸镍、氯化镍、硫酸镍和碳酸镍中的至少一者；硫源选自硫脲、硫代乙酰胺、二硫化碳和硫化钠中的至少一者；溶剂为水。在上述制备方法的基础上，为了进一步提高复合物阵列电催化剂的催化性能，优选地，在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、镍源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得NiFe‑LDH/泡沫镍复合材料；2)在溶剂的存在下，将镍源、硫源于NiFe‑LDH/泡沫镍复合材料进行溶剂热反应以制得所述异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、镍源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得NiFe-LDH/泡沫镍复合材料；2)在溶剂的存在下，将镍源、硫源于NiFe-LDH/泡沫镍复合材料进行溶剂热反应以制得所述异质结构的铁镍基层状双氢氧化物@二硫化三镍复合物阵列电催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述铁源、镍源、氟化铵、尿素与泡沫镍的用量比为0.075-0.75mmol：0.075-0.75mmol：2-10mmol：5-15mmol：1cm×1cm-2.5cm×4cm；优选地，所述泡沫镍规格为：面密度380g/m2，每平方英寸的孔隙数110个，厚度1.5mm；优选地，在步骤1)中，所述铁源、溶剂的用量比为0.075-0.75mmol：20-50mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述溶剂热反应至少满足以下条件：于密闭条件下进行，反应温度为100-140℃，反应时间为10-16h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，相对于1cm×1cm-2.5cm×4cm的泡沫镍，在步骤2)中，所述镍源的用量为1-2mmol，所述硫源的用量为1-2mmol；优选地，相对于1cm×1cm-2.5cm×...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿保友，任黎明，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34