过渡金属硫化物纳米球的制备及应用制造技术

一种基于水热法构筑过渡金属硫化物纳米球电催化剂的制备方法，属于电催化材料合成技术领域。以不同的过渡金属盐和不同硫源以不同比例在水和乙醇的混合溶液中经水热反应得到具有优异电催化性能的过渡金属硫化物纳米球材料。其制备方法包括以下步骤：(1)将金属盐与硫源按比例在水和乙醇溶液中混合，搅拌至混合均匀；(2)搅拌均匀的溶液转移至反应釜中，180℃保持12小时；降至室温后，抽滤、干燥2h。本发明专利技术得到的催化剂材料表现出较好的电催化析氢性能，且制备工艺简单，成本低廉，适合大规模生产。

Preparation and Application of Transition Metal Sulfide Nanospheres

【技术实现步骤摘要】
过渡金属硫化物纳米球的制备及应用说明书过渡金属硫化物纳米球的制备及应用
本专利技术属于电催化材料合成
，具体涉及一种以溶剂热法合成具有纳米球结构的过渡金属硫化物电催化剂及其应用。
技术介绍
随着世界人口不断增长和经济的快速发展，人们对能源的依赖和需求日益增加，能源己成为阻碍人类社会快速发展的“咽喉”。氢能被认为是新时代具有最大发展潜力的新型绿色无污染能源。相对于传统制氢工艺，电催化产氢具有过程简单、效率高和可持续等优势，因此其在氢能应用方面具有广阔的前景。而电催化析氢反应所需的过电位较高，导致电催化制氢需要消耗过多的电能，成本较高。目前，贵金属纳米材料具有最佳的电催化析氢反应活性，但由于存储容量有限、价格昂贵，难以实现商业化。因此，开发具有优异催化活性、价格低廉及储量丰富的非贵金属析氢催化材料至关重要。
技术实现思路
为了解决贵金属催化剂价格昂贵，储量少难以广泛应用以及非贵金属催化剂过电位高浪费能源的问题，本专利技术提供了一种简单的过渡金属硫化物纳米球的制备方法，解决了目前过渡金属催化剂制备方法复杂及析氢氢能不高的技术问题。主要包括以下步骤：(1)将过渡金属盐和硫源加入到去离子水和乙醇混合溶液中，其中过渡金属盐和硫源的摩尔比为1:1-1:4，乙醇和水的比例为1:1，在室温下搅拌，得到均匀混合溶液；(2)将步骤1中得到的溶液转移至带有不锈钢衬底的反应釜中，将反应釜放在180℃的鼓风干燥箱中6-18个小时，待反应釜温度降至室温后，抽滤、在80℃干燥得到所要的过渡金属硫化物纳米球；步骤(1)中过渡金属盐和硫源的摩尔比为1:1。步骤(1)中去离子水和乙醇的体积比为1：1，水和乙醇的总体积为20ml。步骤(1)中所述的过渡金属盐为硝酸钴、硝酸铁、硝酸镍。步骤(1)中所述的硫源为硫脲、硫酸钠及硫化钠。步骤(2)中所述的溶剂热时间为6-18小时。按照本专利技术的方法，提供了一种过渡金属硫化物应用于制备电催化剂。所述的电催化剂为催化燃料电池或金属空气电池析氢反应的电催化剂。总体而言，通过本专利技术构思的的上述技术方案与现有技术相比，通过简单的一步溶剂热法制备了过渡金属硫化物纳米球催化剂，提高了催化性能，反应条件温和、易控制，反应过程简单，原料价格低廉，适于大规模生产。附图说明图1为本专利技术实施例1的过渡金属硫化物的扫描电镜图。图2为本专利技术实施例1的过渡金属硫化物的X射线衍射图。图3为本专利技术实施例4的过渡金属硫化物的电化学析氢性能图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行近一步说明，但是本专利技术不仅限于以下实施例。实施例1一种过渡金属硫化物纳米材料，其扫描电镜图如图1所示，具有纳米微球结构。所述纳米材料X射线衍射谱图(XRD)如图2所示，其制备方法，包括以下步骤：第一步：将硝酸钴、硫脲，与水和乙醇混合，其中硝酸钴和硫脲的摩尔比为1:2，水和乙醇的体积比为1:1，总体积为20mL，在室温下搅拌得到均匀溶液，第二步：将第一步得到的溶液转移至带有不锈钢衬底的反应釜中，将反应釜放在180℃的鼓风干燥箱中保持18小时，待反应釜降至室温后，所得产物抽滤，在80℃下干燥研磨得到所述的纳米球材料。实施例2第一步：将硝酸铁、硫化钠，与水和乙醇混合，其中硝酸钴和硫脲的摩尔比为1:1，水和乙醇的体积比为1:1，总体积为20mL，在室温下搅拌得到均匀溶液，第二步：将第一步得到的溶液转移至带有不锈钢衬底的反应釜中，将反应釜放在180℃的鼓风干燥箱中保持12小时，待反应釜降至室温后，所得产物抽滤，在80℃干燥研磨得到所述的纳米球材料。实施例3第一步：将硝酸镍、硫酸钠，与水和乙醇混合，其中醋酸钴和硫酸钠的摩尔比为1:4，水和乙醇的体积比为1:1，总体积为20mL，在室温下搅拌得到均匀溶液，第二步：将第一步得到的溶液转移至带有不锈钢衬底的反应釜中，将反应釜放在180℃的鼓风干燥箱中保持12小时，待反应釜降至室温后，所得产物抽滤，载80℃下干燥研磨得到所述的纳米球材料。实施例4将实施例1制备的产物制备成墨水以测试析氢性能，制备方法如下：首先取2毫克实施例2制备的催化剂于离心管中，再向该离心管中加入0.1毫升去离子水和0.2毫升乙醇以及40微升5％Nafion溶液，超声30分钟，然后取超声后的墨水20微升涂在0.196平方厘米的玻碳电极(Glasselectrode简称GC)上，然后采用三电极法(制备的玻碳电极为工作电极，可逆氢为参比电极，碳棒为辅助电极)在上海辰华电化学工作站上测试析氢过电位等性能。综上制备实例，我们得出以下结论：图1：对应实施例1产物的X射线衍射的表征图，证明制备出了所要的CoS1.097，PDF卡片编号：图2：对应实施例1产物的扫描电子显微镜图，证明制备的CoS1.097材料具有纳米球的形貌。图3：对应实施例4得到的过渡金属硫化物(CoS1.097)的线性扫描伏安曲线，可以看出所制备的CoS1.097材料达到10mAcm-2的电流密度需要的过电位为244mV。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.过渡金属硫化物纳米球的制备及应用，其步骤如下：(1)将过渡金属盐和硫源以不同比例和乙醇/水混合，其中金属盐和硫源的摩尔比为1:1‑1:4，乙醇和水的比例为1：1，搅拌至完全溶解，得到均匀溶液；(2)将步骤(1)得到的溶液转移到带有不锈钢衬底的反应釜中，将反应釜放在鼓风干燥箱中180℃保持6‑18个小时，待反应釜温度降至室温后，所得产物抽滤，用去离子水清洗数次，将抽滤产物在80℃的真空干燥箱中干燥，即得到所要的过渡金属硫化物纳米球催化剂。

【技术特征摘要】
1.过渡金属硫化物纳米球的制备及应用，其步骤如下：(1)将过渡金属盐和硫源以不同比例和乙醇/水混合，其中金属盐和硫源的摩尔比为1:1-1:4，乙醇和水的比例为1：1，搅拌至完全溶解，得到均匀溶液；(2)将步骤(1)得到的溶液转移到带有不锈钢衬底的反应釜中，将反应釜放在鼓风干燥箱中180℃保持6-18个小时，待反应釜温度降至室温后，所得产物抽滤，用去离子水清洗数次，将抽滤产物在80℃的真空干燥箱中干燥，即得到所要的过渡金属硫化物纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴则星，宋敏，张紫金，王帅，刘希恩，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37