一种镍钼基析氢材料及其一步水热合成方法与应用技术

本发明专利技术属于析氢材料技术领域，具体涉及一种高效稳定的镍钼基析氢材料，并公开一种基于一步水热法合成所述镍钼基析氢材料的方法及其应用。本发明专利技术所述镍钼基析氢材料，以(NH4)2MoS4为Mo源和S源，以镍盐为镍源，制备得到MoS2/Ni3S2复合材料。本发明专利技术所述镍钼基析氢材料表现出优异的析氢性能及稳定性能。料表现出优异的析氢性能及稳定性能。料表现出优异的析氢性能及稳定性能。

【技术实现步骤摘要】
一种镍钼基析氢材料及其一步水热合成方法与应用


[0001]本专利技术属于析氢材料
，具体涉及一种高效稳定的镍钼基析氢材料，并公开一种基于一步水热法合成所述镍钼基析氢材料的方法。

技术介绍

[0002]日益严重的能源危机和环境污染迫切需要开发绿色高效可再生能源。氢能因其清洁无碳、易于传输、能量密度高，及可持续性、无碳和可再生特性等优势，被公认为是人类未来最为理想的能源载体。目前，工业上常用的制氢方法包括甲烷重整法、煤气化和电解水等。其中，甲烷重整法、煤气化方法虽然比较成熟，但是会排放大量二氧化碳，这与“双碳”的理念背道而驰。相比之下，电解水制氢技术是一种高效清洁、无污染的方法，不仅可以满足大规模的氢气市场需求，而且还可以耦合太阳能、风能等清洁能源。
[0003]然而，目前全球仅4％的氢气来自电解水技术，主要原因是催化剂的过电势较高，导致巨大的能耗，成为该技术发展的重要限制因素。此外，近年来兴起的阴离子交换膜水电解池(Anion Exchange Membrane Water Electrolyzer)由于膜电极中的局部氢氧根浓度更高、且膜电极中的传质性能要求极高，所以需要活性高且机械和和化学稳定性强的析氢催化剂。因此，本领域期待开发易制备、催化活性高且寿命长的析氢催化剂，对降低电解水制氢装置的成本有重大的意义。
[0004]碱性电解水(Alkaline Water electrolysis)因操作温度低、成本低且稳定性较高，是目前工业上最为成熟的电解水技术。然而，在强碱条件下，却会影响析氢反应的过电势较高及稳定性较差。因此，在过去几十年，世界各国科研工作者们都在研制廉价易得且高效稳定的析氢催化剂。作为经典的多孔析氢催化剂，雷尼镍自20世纪20年代被发现以来一直沿用至今。然而，其制备过程中需要反复煅烧导致耗能较高。
[0005]近年来，过渡金属硫化物由于其较高的化学稳定性及催化活性，被广泛应用于电催化领域。二硫化钼(MoS2)是一类典型的过渡金属硫化物，析氢效果好、化学稳定性强，然而因其基面的惰性及半导体性质，只有边缘处的S位点有HER活性。目前，本领域主要通过在多孔基底上经负载、超声分散、制造空位等方式离散MoS2的活性位点来提高其活性(Adv.Mater.2017,29,1703863；Adv.Funct.Mater.2022,2208994)。另外，Ni3S2中有大量的Ni
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S和Ni
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Ni健，因此可以加快
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OOH和
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H等中间体的生成。邹晓新课题组、吴正翠课题组等发现Ni3S2在强碱条件下表现出良好的全水解催化活性(CN 202210438639.2；J.Am.Chem.Soc.2015,137,14023；
[0006]ChemElectroChem 2019,6,4550)。然而，由于Ni3S2与OH的吸附过强，导致其析氢过电势较高。近年来，研究人员已开始制备MoS2/Ni3S2复合材料(Chem.Eng.J.2022,428,131055；J.Alloys Compd.2018,737,809；Nano Energy 2016,20,1；CN 202210091676.0；CN 202111476735.8)，并将其应用于全水解、超级电容器、电池等领域，且取得很好的效果。然而，上述催化剂材料却存在制备过程复杂，或者由于催化剂的比表面积较小而导致其催化活性低等问题，其性能无法满足实际应用。

技术实现思路

[0007]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高效稳定的镍钼基析氢材料，所述镍钼基析氢材料具有高比表面积，在强碱、弱碱以及中性条件下均表现出优异的析氢催化性能，可用于中性、弱碱性、特别是强碱性水电解槽中作为阴极，具有低过电势、耐久性长的优势；
[0008]本专利技术所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于一步水热合成法制备所述镍钼基析氢材料的方法。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，包括以(NH4)2MoS4为Mo源和S源、以镍盐为镍源，通过一步水热法制备MoS2/Ni3S2晶界的步骤。
[0010]具体的，所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，包括如下步骤：
[0011](1)分别配制(NH4)2MoS4溶液和镍盐溶液并混合，得到悬浮液；
[0012](2)取镍基底加入至所述悬浮液中进行水热合成反应，即得所需镍钼基析氢材料。
[0013]具体的，所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，所述步骤(1)中，所述(NH4)2MoS4溶液的浓度为10
‑
30mmol/L；
[0014]优选的，配制所述(NH4)2MoS4溶液的溶剂包括水。
[0015]具体的，所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，所述步骤(1)中，镍盐溶液的浓度为3
‑
8mmol/L；
[0016]优选的，配制所述镍盐溶液的镍盐包括NiCl2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O、NiSO4·
6H2O或Ni(OAc)2·
6H2O中的至少一种；
[0017]优选的，配制所述镍盐溶液的溶剂包括水、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、乙二醇、异丙醇或N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种。
[0018]具体的，所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，所述步骤(1)中，所述(NH4)2MoS4溶液和镍盐溶液的体积比为3
‑
8：1。
[0019]具体的，所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，所述步骤(1)中，所述混合步骤包括将所述镍盐溶液滴加至所述(NH4)2MoS4溶液的步骤；
[0020]优选的，控制所述滴加时间为20
‑
40min，更优选控制滴加过程为匀速滴加。
[0021]具体的，所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，所述步骤(2)中，所述水热合成反应步骤为密闭反应，控制反应温度为160
‑
200℃，反应时间8
‑
24h。
[0022]具体的，所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，所述步骤(2)中，所述镍基底包括泡沫镍；
[0023]优选的，所述步骤(2)中，还包括将所述镍基底进行清洗的步骤；具体的，所述清洗步骤包括将泡沫镍或镍网基底依次使用稀盐酸、水、乙醇超声清洗，以去除基底表面的氧化层和油污；
[0024]优选的，所述步骤(2)中，还包括将所述镍钼基析氢材料进行清洗和/或干燥的步骤；具体的，所述清洗步骤包括用水和乙醇清洗后进行真空干燥的步骤。
[0025]本专利技术还公开了由所述方法制备得到的镍钼基析氢材料。
[0026]本专利技术还公开了所述镍钼基析氢材料用于制备析氢催化剂、析氢电极的用途。
[0027]本专利技术还公开了由所述镍钼基析氢材料制备得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，其特征在于，包括以(NH4)2MoS4为Mo源和S源、以镍盐为镍源，通过一步水热法制备MoS2/Ni3S2晶界的步骤。2.根据权利要求1所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)分别配制(NH4)2MoS4溶液和镍盐溶液并混合，得到悬浮液；(2)取镍基底加入至所述悬浮液中进行水热合成反应，即得所需镍钼基析氢材料。3.根据权利要求2所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述(NH4)2MoS4溶液的浓度为10
‑
30mmol/L；优选的，配制所述(NH4)2MoS4溶液的溶剂包括水。4.根据权利要求2或3所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，镍盐溶液的浓度为3
‑
8mmol/L；优选的，配制所述镍盐溶液的镍盐包括NiCl2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O、NiSO4·
6H2O或Ni(OAc)2·
6H2O中的至少一种；优选的，配制所述镍盐溶液的溶剂包括水、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、乙二醇、异丙醇或N
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甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种。5.根据权利要求2
‑
4任一项所述一步水热合成制备镍钼基析氢材料的方法，其特征在于，所述步骤(1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立成，呼斯楞，丁国恒，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：