分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种分层自组装的Fe‑MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦溶于DMF和水的混合溶剂中，加入泡沫镍，于180～200℃下反应3～12h，即得所述的Fe‑MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料。本发明专利技术还公开了由上述方法制备的分层自组装的Fe‑MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料，以及其作为电催化剂的应用。本发明专利技术的制备方法，通过溶剂热反应一步即可得到目标产物，操作简单；在制备过程中无须引入表面活性剂进行形貌调控，产物表面洁净易清洗。

【技术实现步骤摘要】
分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及纳米材料制备
，具体涉及一种分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料及其制备方法与应用。
技术介绍
近年来，氢能作为一种洁净，高效的新能源成为了化石能源的重要替代品，加速关于氢能的产生和储存的研究也具有重要的意义。目前工业上关于氢气的生产主要有三种途径：蒸汽甲烷转化、煤的气化以及水的电解，其中前两者生产了超过总量95％的氢气，而通过电解水产氢的量仅有4％左右(参见M.Y.Wang,Z.Wang,X.Z.GongandZ.C.Guo,Renew.Sust.Energ.Rev.,2014,29,573-588.)。但是电解水产氢的方法依然具有重要的研究价值，其中主要的原因是反应的原料是储量丰富且可再生的水资源。水的电解分解涉及两个半反应：氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER)。目前最常用的HER和OER电催化剂分别是贵金属衍生的Pt/C和Ir/C电极。然而，价格高昂和总含量极低限制了它们的大规模应用。因此，科学家们开始关注廉价且高效的非贵金属基电催化剂，如过渡金属硫化物，过渡金属氧化物，氢氧化物，碳化物，氮化物，磷化物等。其中，钼基材料，特别是与Pt有类似电子结构的二硫化钼(MoS2)，被认为是贵金属催化剂的关键替代品。制备电化学应用的工作电极通常有两种策略。第一种最常用的技术是将粉末形式的催化剂与粘合剂均匀混合后的浆料涂抹在玻碳电极表面。第二种是将负载了催化剂的导电基底材料直接作为工作电极。在导电基底上原位合成纳米材料可以潜在地改善电催化剂的性能，因为它们具有高比表面积，高稳定性以及催化剂和导电基底之间的协同效应。泡沫镍作为一种低成本的且具有高比表面积和优异的电子传导性的商业多孔材料，现已被广泛用作为电催化剂的基底材料。最近，Gong等人报道了在泡沫镍上生长的MoS2/NiS非均相催化剂，在15mAcm-2的电流密度下，OER过电势的值仅为271mV，这远低于块状MoS2(参见Z.J.Zhai,C.Li,L.Zhang,H.C.Wu,L.Zhang,N.Tang,W.WangandJ.L.Gong,J.Mater.Chem.A,2018,6,9833–9838.)。然而，这种MoS2/NiS催化剂的合成需要多步反应以及450℃下的高温硫化。Feng和他的同事虽然通过一锅法在泡沫镍上成功地制备了MoS2/Ni3S2异质结构但所得产物没有均匀的形貌(参见J.Zhang,T.Wang,D.Pohl,B.Rellinghaus,R.H.Dong,S.H.Liu,X.D.ZhuangandX.L.Feng,Angew.Chem.Int.Ed.,2016,55,6702-6707.)。因此，将钼基材料与导电基底材料在温和反应条件下偶联以获得高活性和高稳定性的电催化剂用于电解水仍然是一个挑战。成功地解决该问题不仅对电化学方面的基础研究有着重要的意义，还能够有效地推动纳米材料在能源领域的实际应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，通过溶剂热反应一步即可得到目标产物，操作简单；在制备过程中无须引入表面活性剂进行形貌调控，产物表面洁净易清洗。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦溶于DMF和水的混合溶剂中，加入泡沫镍，于180～200℃下反应3～12h，即得所述的Fe-MoS2/Ni3S2复合纳米材料。其中，Fe代表铁离子，MoS2代表二硫化钼，Ni3S2代表二硫化三镍，NF代表泡沫镍(nicklefoam)。进一步地，所述二价铁盐为无水醋酸亚铁。进一步地，所述二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦的摩尔比为1～5:5。更进一步地，所述二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦的摩尔比为3:5。进一步地，还包括对得到的产物进行洗涤和干燥的步骤。更进一步地，所述洗涤采用的溶剂为去离子水和无水乙醇。进一步地，采用鼓风干燥箱进行干燥。进一步地，干燥温度为40～60℃，干燥时间为2～12h。更进一步地，干燥温度为60℃，干燥时间为12h。本专利技术另一方面还提供了由所述的方法制备得到的分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料。此外，本专利技术还提供了所述的分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料作为电催化剂在碱性条件下催化氢气析出反应、氧气析出反应和全水解反应的应用。本专利技术的有益效果：1.本专利技术通过溶剂热反应一步即可得到目标产物，操作简单。2.本专利技术采用“自下而上”的湿化学合成方法，得到的产物形貌均匀。3.本专利技术在制备过程中直接引入了导电基底泡沫镍，硫源先与泡沫镍快速反应生成一层二硫化三镍，随后反应生成的脊柱状的Fe-MoS2纳米棒均匀且致密的锚在二硫化三镍的表面，得到了分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF材料。4.本专利技术制备的Fe-MoS2/Ni3S2/NF纳米材料在碱性电解质(pH＝14)中催化HER和OER的反应，表现出了优异的催化性能，在10mA·cm-2的电流密度下，HER过电势的值仅为130.6mV，塔菲尔斜率也低至112.7mV·dec-1。在10mA·cm-2的电流密度下，OER过电势的值仅为252mV，塔菲尔斜率也低至59.5mV·dec-1。6.本专利技术制备的Fe-MoS2/Ni3S2/NF纳米材料，在碱性电解质中全水解的表现，仅需1.61V就能实现全水解。附图说明图1是Fe-MoS2/Ni3S2/NF的X-射线粉末衍射(PXRD)图；图2是Fe-MoS2/Ni3S2/NF的扫描电镜(SEM)图，标尺为(a)6μm；(b)600nm；图3是Fe-MoS2/Ni3S2/NF的透射电镜(TEM)图(a)，高分辨透射电镜(HRTEM)图(b)，选区电子衍射(SAED)图(c)，能量分布面扫描(EDX-Mapping)图(d)；图4是Fe-MoS2/Ni3S2/NF的能量色散X射线光谱(EDX)图；图5是Fe-MoS2/Ni3S2/NF的X射线光电子能谱(XPS)图；图6是Fe-MoS2/Ni3S2/NF在1.0MKOH中的HER极化曲线图(a)，塔菲尔斜率图(b)，过电势和塔菲尔斜率数值柱状图(c)，循环2000次前后的极化曲线对比图(d)；图7是Fe-MoS2/Ni3S2/NF在1.0MKOH电解质中的OER极化曲线图(a)，OER相应的塔菲尔斜率图(b)，循环2000次前后的极化曲线对比图(c)，双层电容图(d)，尼奎斯特图(e)和计时电位滴定图(f)；图8是Fe-MoS2/Ni3S2/NF在1.0MKOH中全水解的极化曲线图(a)和计时电位滴定图(b)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1：Fe-MoS2/Ni3S2/NF的制备分别称取45mg(0.05mmol)的四硫代钼酸四苯基膦和1.7mg(0.01mmol)的无水醋酸亚铁固体，溶于10mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)和2mL去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分层自组装的Fe‑MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦溶于DMF和水的混合溶剂中，加入泡沫镍，于180～200℃下反应3～12h，即得所述的Fe‑MoS2/Ni3S2复合纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦溶于DMF和水的混合溶剂中，加入泡沫镍，于180～200℃下反应3～12h，即得所述的Fe-MoS2/Ni3S2复合纳米材料。2.如权利要求1所述的分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述二价铁盐为无水醋酸亚铁。3.如权利要求1所述的分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦的摩尔比为1～5:5。4.如权利要求3所述的分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料的制备方法，其特征在于，所述二价铁盐与四硫代钼酸四苯基膦的摩尔比为3:5。5.如权利要求1所述的分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎建平，薛江燕，倪春燕，虞虹，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32