一种泡沫镍自支撑的钴镍双金属硫化物异质结构阳极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泡沫镍自支撑的钴镍双金属硫化物异质结构电催化剂及其制备方法和在阳极上的应用。以泡沫镍为基底，经过两步简单的溶剂热法制备得到：首先，在预处理的泡沫镍上原位竖直生长二维Co

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫镍自支撑的钴镍双金属硫化物异质结构阳极电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物质衍生化合物转化利用和电催化材料制造
，具体涉及一种泡沫镍自 支撑的Co3S4/NiS异质结阳极电催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]为摆脱对化石能源的依赖和减少对环境的污染，促使人们对可再生资源，尤其是生物质 的利用提上日程。木质素作为木质纤维素的主要成分之一，是含有最丰富芳香族结构的可再 生聚合物，这使其成为有吸引力的平台化学品生产原料。然而，由于木质素结构的复杂性和 顽固性，其目前的利用多集中于直接燃烧释放热值。因此，木质素的高值利用具有意义和挑 战，其中典型的β
‑
O
‑
4型木质素模型化合物，即2
‑
苯氧基
‑1‑
苯乙醇(PPE)，成为木质素高 值利用的突破口之一。
[0003]析氧反应(OER)，具有迟缓的动力学，成为限制电解水整体能量转换效率的关键因素。 而生物质衍生平台化合物的阳极电氧化具有更优异的动力学和热力学性能，成为替代OER 的有效策略，这也为PPE电氧化及转化升级提供一种有效的方法。然而，目前国内外对相 应催化剂的研究较少，因此合理选择和设计阳极电催化剂成为一种迫切的需要和挑战。
[0004]近年来，钴基和镍基硫化物作为贵金属的替代品，基于其高活性、独特的电子结构、丰 富性和廉价性，可以作为阳极氧化的高质量电催化剂。通过合理设计钴镍双金属硫化物催化 剂的界面结构可有效的提高催化性能。<br/>[0005]然而，在木质素及模型化合物的氧化领域，钴、镍双金属硫化物电催化剂尚未被研究。 此外，在高导电性的泡沫镍上直接原位合成异质结构，可进一步将电极材料从粘合剂的负担 中解放出来。但无保护的直接硫化法会加剧泡沫镍的腐蚀，降低催化材料的稳定性和导电性。 因此，开发生产工艺简单、高效、稳定低廉的电氧化催化剂具有重大挑战。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术为克服上述
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种泡沫镍自支撑的钴 镍双金属硫化物异质结构阳极电催化剂，实现材料高效的2
‑
苯氧基
‑1‑
苯乙醇电氧化(POR)。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：以泡沫镍为自支撑基底，首先在泡沫镍表 面包裹竖直生长的二维Co
‑
MOF纳米片阵列作为牺牲模板，再通过简单的硫化工艺实现片层 状堆叠的Co3S4及泡沫镍表面Co3S4与(α,β)
‑
NiS异质结的形成。Co
‑
MOF对泡沫镍的包裹起 到减弱硫化腐蚀的作用。此外，通过得到多相催化物种并暴露高密度的活性位点，有效的提 高了电催化转化PPE的性能。制备过程简单可控，结晶性良好。
[0008]名称解释：
[0009]NF：泡沫镍。Co
‑
MOF：钴基金属有机骨架。PVP：聚乙烯吡咯烷酮。NF@Co
‑
MOF NP： 泡沫镍上生长的钴基金属有机框架纳米片阵列。PPE：2
‑
苯氧基
‑1‑
苯乙醇。POR：2
‑
苯氧基
ꢀ‑1‑
苯乙醇氧化反应。HER：析氢反应。RHE：可逆氢电极。
[0010]一种泡沫镍自支撑的钴镍双金属硫化物异质结构阳极电催化剂，其特征在于，以 Co
‑
MOF纳米片阵列包裹的泡沫镍作为牺牲模板，通过硫化工艺使垂直生长的纳米片相互联 结形成云层片状堆叠的块状结构，并在泡沫镍表面形成钴镍双金属硫化物异质结构。
[0011]优选是，在NF@Co3S4/(α,β)
‑
NiS
‑
180
‑
5的XRD图谱中，31.48
°
和55.14
°
对应于Co3S4的(311)和(440)特征面,30.02
°
、34.5
°
和45.62
°
分别对应于α
‑
NiS的(100)(101) 和(102)特征面；Co3S4、α
‑
NiS和β
‑
NiS共存。
[0012]进一步地，所述泡沫镍自支撑的钴镍双金属硫化物异质结构阳极电催化剂的制备方法具 体包括以下步骤：
[0013](1)泡沫镍(NF，5cm
×
1cm
×
0.1cm)依次用丙酮、1～3molL
‑1盐酸溶液和去离子水洗 涤，真空干燥。
[0014](2)取六水合硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中， 得到溶液A。优选的，六水合硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸的摩尔比为2～4:1；更优选的，六水合 硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸的摩尔比为3:1。N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，N,N
‑
二甲 基甲酰胺和乙醇的体积比为0.5～2:1，最优是1:1。
[0015]六水合硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸与混合溶液的比例2～4mol：0.5～1.5mol：20L。优选的， 六水合硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸与混合溶液的比例3mol:1mol:20L。
[0016]然后将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在去离子水中，得到溶液B，PVP的浓度为0.04～0,06g ml
‑1。优选的，PVP的浓度为0.05g ml
‑1。
[0017]将溶液A和溶液B搅拌混合。得混合液。溶液A和溶液B的比例为0.5～2:1，优选的， 溶液A和溶液B的比例为1:1。
[0018](3)取一定混合液转移到含有一块垂直放置的NF的不锈钢特氟隆内衬高压釜中，在 恒温鼓风干燥箱中设置170～190℃并加热8～12h，冷却后依次用乙醇和去离子水冲洗，真空 干燥。在泡沫镍上生长钴基金属有机框架纳米片阵列(NF@Co
‑
MOF NP)前驱体。优选的， 在恒温鼓风干燥箱中设置180℃并加热10h，真空60℃干燥6小时。
[0019](4)在超声条件下，取有机含硫化合物溶解在无水乙醇中，然后转移到含有垂直放置 的NF@Co
‑
MOF NP的反应釜中，并在恒温鼓风干燥箱中设置180～240℃加热3～7h，冷却 后依次用乙醇和去离子水冲洗，真空干燥，最终得到泡沫镍自支撑的Co3S4和(α,β)
‑
NiS异质 结构电催化剂(NF@Co3S4/(α,β)
‑
NiS)。
[0020]优选的，将高压釜放在恒温鼓风干燥箱中进行加热；恒温干燥箱是对高压釜进行加热； 冲洗和真空干燥均是对制备的材料，即泡沫镍上生长的催化剂。
[0021]进一步的步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍自支撑的钴镍双金属硫化物异质结构阳极电催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)泡沫镍依次用丙酮、1～3molL
‑1盐酸溶液和去离子水洗涤，真空干燥；(2)取六水合硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，得到溶液A；然后将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在去离子水中，得到溶液B，将溶液A和溶液B搅拌混合，得混合液。(3)取一定混合液转移到含有NF的高压釜中，在恒温鼓风干燥箱中设置170～190℃并加热8～12h，冷却后依次用乙醇和去离子水冲洗，真空干燥；在泡沫镍上生长钴基金属有机框架纳米片阵列(NF@Co
‑
MOF NP)前驱体；(4)在超声条件下，取有机含硫化合物溶解在无水乙醇中，然后转移到含有垂直放置的NF@Co
‑
MOF NP的反应釜中，并在恒温鼓风干燥箱中设置180～240℃加热3～7h，冷却后依次用乙醇和去离子水冲洗，真空干燥，最终得到泡沫镍自支撑的Co3S4和(α,β)
‑
NiS异质结构电催化剂(NF@Co3S4/(α,β)
‑
NiS)。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，六水合硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸的摩尔比为2～4:1；N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇的体积比为0.5～2:1；六水合硝酸钴与1,3,5
‑
苯三甲酸与混合溶液的比例2～4mol：0.5～1.5mol：20L。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，PVP的浓度为0.04～0.06g ml
‑1；溶液A和溶液B的比例为0.5～2:1。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的泡沫镍依次用丙酮、1～3molL
‑1盐酸溶液和去离子水作为清洗剂进行超声清洗；每种清洗剂的清洗时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：马云倩，臧立华，王娜，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：