一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料及其制备方法，其涉及电催化复合材料制备技术领域。该制备方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电催化复合材料制备
，尤其涉及一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于氢燃料的无碳排放和高能量密度输出，被广泛认为是解决日益严重的全球环境污染和能源短缺问题最有希望的可再生能源之一。迫切需要发展经济有效的制氢方法，以减少对不可再生化石燃料的依赖。其中，电催化是制备高纯氢的重要途径，它包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)过程。因此，需要低成本、高性能的水裂解催化剂，以降低反应过电位，提高能量转换效率。目前，贵金属及其氧化物(如Pt/C和RuO2)在水裂解方面表现出最高的HER和OER性能，但它们稀缺且价格昂贵，最终无法满足可扩展和经济的制氢要求。因此，设计和开发新型低成本、高效的电解水催化剂仍然具有挑战性。
[0003]目前，过渡金属硫化物由于独特的d电子轨道和电学性能，导致其电子结构多样化，在电催化析氢析氧方面具有广阔的应用前景。相比于二维过渡金属硫化物，多维度(一维、二维和三维)、镍钴基异质结硫化物能够更好的调控材料的形貌、尺寸和电子结构，使其暴露更多的催化活性位点，进一步提升电催化活性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料及其制备方法，解决了现有技术中由于电催化剂存在巨大的反应能垒，导致活性较差的问题。本专利技术公开的制备方法以泡沫镍为基体，通过水热、室温静生长和硫化的方法制备具有多维度镍钴基硫化物异质结电催化剂，并在碱性环境中具有较优的析氢析氧双功能活性和稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0007]①
将硝酸镍、硝酸钴和尿素溶于去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；
[0008]②
将泡沫镍基底材料依次置于丙酮、盐酸、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，将清洗过的泡沫镍基底材料和步骤
①
中制得的混合液置于反应釜中，进行水热反应，制得以泡沫镍作为载体的NiCoLDH/NF前驱体；
[0009]③
将2
‑
甲基咪唑溶于甲醇中，再将步骤
②
制得的NiCoLDH/NF前驱体置于其溶液中，室温静生长，制得NiCoLDH@ZIF
‑
67/NF复合材料；
[0010]④
将硫粉和步骤
③
制得的NiCoLDH@ZIF
‑
67/NF复合材料置于程序升温管式炉中，在氮气流下进行煅烧，进行硫化反应，制得Co9S8@CoNi2S4/NF多维度异质结电催化复合材料。
[0011]优选的，步骤
①
中，所述硝酸镍、硝酸钴与尿素的物质的量之比为1:1:8。
[0012]优选的，步骤
②
中，所述盐酸的浓度为1mol/L；所述超声清洗时间为10min。
[0013]优选的，步骤
②
中，所述水热反应温度为120～150℃，水热反应时间为14～24h。
[0014]优选的，步骤
③
中，所述室温静生长时间为1～10h。
[0015]优选的，步骤
④
中，所述煅烧温度为300～500℃，煅烧时间为2～5h。
[0016]本专利技术还公开了一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料，其由权利要求1
‑
6任一项所述的多维度异质结电催化复合材料的制备方法而制得。
[0017]本专利技术的有益效果如下：
[0018](1)本专利技术采用简单的水热法在泡沫镍(NF)表面原位制备了NiCoLDH/NF。利用层状双氢氧化物(LDH)中的Co原子作为金属源，在NiCoLDH表面衍生出金属有机框架(MOF)粒子，得到NiCoLDH@ZIF
‑
67/NF材料；进而通过硫化反应制备Co9S8@CoNi2S4/NF多维度异质结析氢析氧电催化复合材料。本专利技术制备的多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料整合了一维、二维和三维结构优势，提供了较大比表面积和暴露更多反应活性位点，利于电子的传递和快速转移，大大提高了其在析氢析氧方面的双功能电催化活性。
[0019](2)本专利技术制备的多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料用作电极时，在电流密度为10mA/cm2时，析氧过电位为170mV，析氢过电位为68mV，具有较低的过电位；析氢塔菲尔斜率为56mV/dec，析氧塔菲尔斜率为42mV/dec，具有较小的塔菲尔斜率；在析氢析氧循环反应5000CV后，反应前后电流密度基本不变，具有长期稳定性，表现出优异的双功能电催化性能。
[0020](3)本专利技术公开的制备方法简单、生产成本低，涉及的原材料绿色环保，制备过程易于操作控制，电催化析氢析氧性能和稳定性较好，易于实现工业化生产。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料XRD图；
[0023]图2为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料SEM图；
[0024]图3为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料在KOH(1M)电解质中析氧的LSV极化曲线；
[0025]图4为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料在KOH(1M)电解质中的析氧塔菲尔斜率；
[0026]图5为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料在KOH(1M)电解质中析氢的LSV极化曲线；
[0027]图6为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料在KOH(1M)电解质中的析氢塔菲尔斜率；
[0028]图7为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料在KOH(1M)电解质中5000CV循环前后析氧反应的极化曲线图；
[0029]图8为本专利技术实施例1制得的Co9S8@CoNi2S4/NF多维度镍钴基硫化物异质结电催化
复合材料在KOH(1M)电解质中5000CV循环前后析氢反应的极化曲线图。
具体实施方式
[0030]为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
①
将硝酸镍、硝酸钴和尿素溶于去离子水中，搅拌均匀，制得混合液；
②
将泡沫镍基底材料依次置于丙酮、盐酸、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，将清洗过的泡沫镍基底材料和步骤
①
中制得的混合液置于反应釜中，进行水热反应，制得以泡沫镍作为载体的NiCoLDH/NF前驱体；
③
将2
‑
甲基咪唑溶于甲醇中，再将步骤
②
制得的NiCoLDH/NF前驱体置于其溶液中，室温静生长，制得NiCoLDH@ZIF
‑
67/NF复合材料；
④
将硫粉和步骤
③
制得的NiCoLDH@ZIF
‑
67/NF复合材料置于程序升温管式炉中，在氮气流下进行煅烧，进行硫化反应，制得Co9S8@CoNi2S4/NF多维度异质结电催化复合材料。2.根据权利要求1所述的多维度镍钴基硫化物异质结电催化复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈稳霞，陈亚，崔金海，张永亚，魏伟，
申请(专利权)人：商丘师范学院，
类型：发明
国别省市：