Cd-Ni3S2/NF复合材料及其制备方法和应用技术

本申请提供了一种Cd

【技术实现步骤摘要】
Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及催化剂
，特别是涉及Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]不可再生化石燃料的使用，使得环境污染和能源危机成为困扰人类发展的两大难题。因此，寻找可再生的清洁能源来代替传统能源成为当前亟待解决的问题。氢能热值高，能量密度高，且燃烧后的产物仅有水，是名副其实的绿色能源。电解水是获取氢能的主要手段之一，它可以分为两个半反应，即发生在阳极的析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)和发生在阴极的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)。然而这两个半反应所需的过电位较高，动力学缓慢，严重限制了电解水在实际生产生活中的应用。因此寻找合适的催化剂来降低这两个反应的过电位变得尤为重要。
[0003]目前，Ru/Ir基和Pt基贵金属分别是OER和HER效果较好的商业催化剂，但由于其稀缺性和高成本，限制了大规模工业应用。而非贵金属催化剂大多因催化性能不佳，或只能单独催化HER或OER反应，缺乏实用性，难以实现电解水产氢的规模化。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料及其制备方法和应用，以实现HER和OER双功能电催化活性。
[0005]本申请的第一方面提供了Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0006](1)将镍盐、镉源、碱源和氟化铵溶于水中，形成混合溶液；其中，所述镉源、所述镍盐与所述碱源的摩尔比为1∶(2～6)∶(10～30)，所述碱源与所述氟化铵的摩尔比为(1～3)∶1，所述氟化铵的摩尔数与所述水的体积的比例为1mmol∶(5～9)mL；
[0007](2)将泡沫镍和所述混合溶液放到反应釜中，密封，控制温度在140℃～180℃，反应6h～10h，反应完毕后清洗、干燥，获得氢氧化物前驱体材料；
[0008](3)将硫源溶液与所述氢氧化物前驱体材料放到反应釜中，密封，控制温度在130℃～170℃，反应4h～8h，反应完毕后清洗、干燥，获得所述Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料；其中，所述硫源溶液中硫源的摩尔数与水的体积的比例为1mmol∶(25～30)mL，所述硫源与所述镍盐的摩尔比为1∶(1.0～2.0)。
[0009]在本申请的一些实施方式中，所述镍盐选自硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的至少一种。
[0010]在本申请的一些实施方式中，所述镉源选自硝酸镉、硫酸镉、氯化镉中的至少一种。
[0011]在本申请的一些实施方式中，所述碱源选自尿素、六次甲基四胺中的至少一种。
[0012]在本申请的一些实施方式中，所述硫源选自硫化钠、硫脲、硫代乙酰胺中的至少一种。
[0013]本申请的第二方面提供了一种Cd
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Ni3S2/NF复合材料，其根据前述任一实施方案中的制备方法制得。
[0014]本申请的第三方面提供了一种前述任一实施方案中的Cd
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Ni3S2/NF复合材料用于电催化HER、电催化OER和电催化全解水的用途。
[0015]本申请有益效果：
[0016]本申请提供的Cd
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Ni3S2/NF复合材料及其制备方法和应用，以泡沫镍为基底，采用两步水热法合成Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料。Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料结构中，Ni
→
S电子转移导致Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料表面中Ni
3+
物种比例上升，有利于OER催化活性提高；在Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料上掺杂具有更大离子半径的镉元素能使Ni3S2的晶格发生畸变，暴露更多的镍活性位，进而提高电催化活性，实现高效稳定的电催化活性。DFT计算表明掺杂Cd原子后吸附的氢原子更靠近Ni3S2的表面，吉布斯自由能(ΔG
H*
)大大降低，有利于提升HER催化活性。本申请制备得到的Cd
‑
Ni3S2/NF复合材料，在碱性电解液中，能够同时实现高效稳定的HER和OER双催化活性(电流密度为10mA/cm2时，HER和OER的过电位分别为140mV and 197mV)；在全解水测试中，所需要池电压为1.489V，该值很低，说明具有优良的全解水催化性能，且在电流密度为10mA/cm2时可稳定电解50小时以上，显示出很高的稳定性。其作为优异的全解水电催化剂，具有较高的应用价值和较好的经济前景。
[0017]当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0019]图1为本申请实施例1～3以及对比例1得到的产物的XRD谱图；
[0020]图2为本申请实施例1～3、对比例1得到的产物的SEM图像；
[0021]图3为本申请实施例2得到的产物的SEM
‑
EDS元素分布图和TEM图像；
[0022]图4为本申请实施例1～3、对比例1制备得到的产物的XPS图；
[0023]图5为本申请实施例1～3、对比例1制备得到的产物和商用催化剂Pt
‑
C/NF的HER性能测试图；
[0024]图6为本申请实施例1～3、对比例1制备得到的产物和商业催化剂RuO
2/
NF的OER性能测试图；
[0025]图7为本申请实施例1～3和对比例1制备得到的产物的全解水性能测试图；
[0026]图8为本申请实施例2和对比例1制备得到的产物的DFT计算过程及结果；
[0027]图9为本申请实施例2和对比例1在OER四步反应中进行结构优化后的结构模型；
[0028]图10为本申请实施例2和对比例1制备得到的产物的总态密度图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实
施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0030]本申请的第一方面提供了Cd
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Ni3S2/NF复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0031](1)将镍盐、镉源、碱源和氟化铵溶于去水中，形成混合溶液；其中，所述镉源、所述镍盐与所述碱源的摩尔比为1∶(2～6)∶(10～30)，所述碱源与所述氟化铵的摩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cd
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Ni3S2/NF复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将镍盐、镉源、碱源和氟化铵溶于水中，形成混合溶液；其中，所述镉源、所述镍盐与所述碱源的摩尔比为1∶(2～6)∶(10～30)，所述碱源与所述氟化铵的摩尔比为(1～3)∶1，所述氟化铵的摩尔数与所述水的体积的比例为1mmol∶(5～9)mL；(2)将泡沫镍和所述混合溶液放到反应釜中，密封，控制温度在140℃～180℃，反应6h～10h，反应完毕后清洗、干燥，获得氢氧化物前驱体材料；(3)将硫源溶液与所述氢氧化物前驱体材料放到反应釜中，密封，控制温度在130℃～170℃，反应4h～8h，反应完毕后清洗、干燥，获得所述Cd
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Ni3S2/NF复合材料；其中，所述硫源溶液中硫源的摩尔数与水的体积的比例为...

【专利技术属性】
技术研发人员：马淑兰，闫海青，邓如昕，姚惠琴，
申请(专利权)人：宁夏医科大学，
类型：发明
国别省市：