一种Co9S8@Ce-NiCoLDH/NF催化剂及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种Co9S8@Ce

【技术实现步骤摘要】
一种Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂及其制备与应用

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[0001]本专利技术涉及电催化剂
，具体涉及一种Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂及其制备与应用。

技术介绍
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[0002]目前，世界的能源状况主要依赖于煤炭、汽油和石油等不可再生化石燃料的利用，这类化石燃料的使用增加会释放大量二氧化碳，从而对全球环境产生有害影响。因此，研究人员主要关注更绿色的能源生产方法，而不排放任何碳基副产品。在各种替代能源中，氢气被认为是最有效的替代能源，因为它的能量密度比其他能源高。
[0003]氢气的生产方式有多种，如水蒸气重整、甲烷部分氧化、光电化学分解水、金属氢化物水解和电解水。其中，光电化学分解水主要依赖于入射到光电极上的光的强度，导致低电流密度和金属氢化物的水解导致大量热量的释放。电解水包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，分别发生在阴极和阳极。在HER和OER之间，后者动力学较慢，主要是由于复杂的四电子转移过程。Ru和Ir的过渡金属氧化物(RuO2和IrO2)被认为是OER的高效催化剂，而对于HER来说，Pt/C是一种在酸性条件下高效的催化剂。然而，这些材料的低丰度和高成本阻碍了它们的工业应用。
[0004]近年来，各种层状双金属氢氧化物(LDH)，如NiFe
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LDH、CoFe
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LDH、CoMn
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LDH、NiCo
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LDH和NiMn
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LDH已经被证明在OER应用中是非常有效的。但是，由于LDH的电导率低以及在碱性条件下水活化的活性中心不足，大多数LDH不能表现出有效的HER活性。因此，很难找到一种在同一电解液中同时表现出OER和HER性能的材料。

技术实现思路
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[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种高效、稳定性好、成本低的Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂的制备方法，Ce元素的掺杂增加了NiCo LDH纳米片的电导率，提高了电荷转移能力和扩散动力学，极大地降低了全水解反应所需的过电位，并且具有很好的光热效应，进一步增强了电催化分解水的能力。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)Co前驱体/NF的制备：将钴源、氟化铵和尿素在竖直放置的泡沫镍(NF)基底上进行水热反应，得到泡沫镍负载的Co前驱体；
[0009](2)Co9S8/NF的制备：将步骤(1)制备的Co前驱体/NF和硫源进行水热反应，得到泡沫镍负载的Co9S8；
[0010](3)Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂的制备：将步骤(2)制备的Co9S8/NF和镍源、钴源、铈源、尿素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)进行水热反应，得到泡沫镍负载的Co9S8@Ce
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NiCo LDH催化剂。
[0011]优选地，所述泡沫镍与水平面夹角为80
‑
100
°
。
[0012]优选地，所述钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴中的至少一种。
[0013]优选地，所述钴源、氟化铵和尿素的摩尔比为1:1:(5
‑
10)。
[0014]优选地，所述硫源为硫化钠、硫脲中的至少一种。
[0015]优选地，所述硫源的水溶液浓度为0.05
‑
0.2mol/L。
[0016]优选地，所述镍源为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的至少一种。
[0017]优选地，所述铈源为硝酸铈、氯化铈、硫酸铈、醋酸铈中的至少一种。
[0018]优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮为PVP K30、PVP K29、PVP K31、PVP K32中的至少一种。
[0019]优选地，所述镍源、钴源、铈源、尿素、聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1.5:1:(0.1
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0.2):10:(0.03
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0.05)。
[0020]优选地，所述步骤(1)和步骤(2)中水热反应的温度为100
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150℃，时间为6
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10h。
[0021]优选地，所述步骤(3)中水热反应的温度为90
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130℃，时间为8
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12h。
[0022]本专利技术的目的之二在于提供根据前述的制备方法得到的Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂。
[0023]本专利技术的目的之三在于提供所述Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂作为HER/OER双功能电催化剂的应用。将所述Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂用于光热促进电解水析氢反应或电解水析氧反应或全解水反应。
[0024]本专利技术制备的Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂具有普通NiCo LDH催化剂不具备的近红外光热效应，能够在近红外光的照射下，大幅度增强其电催化分解水的能力。
[0025]过渡金属硫化物(TMS)具有较窄的禁带宽度和良好的光电性能，被用作超级电容器和光电催化剂。其中，硫化钴被广泛用作光催化剂，即使在近红外光照射下也能在全光谱下显示出良好的性能。因此，硫化钴作为近红外光敏剂也具有潜在的应用前景，但到目前为止还没有相关的文献报道。此外，一些硫化钴纳米材料已被用于光热疗法，它是另一种光疗手段，可以将近红外光转化为高热，诱导细胞凋亡。本专利技术通过构建Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF异质结构，综合了Co9S8的光热能力和Ce
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NiCo LDH的电解水能力，尤其是其形成的花茎复合结构可以产生光的散射和多次反射，提高光的利用率，促进电催化分解水。
[0026]本专利技术涉及一种成本低廉、方法简单、环境无污染的Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂的制备方法，及其在碱性电解液条件下促进析氢和析氧反应的应用，并且铈的掺杂使催化剂对近红外光具有较好的热反应效应，进一步促进了其全水解能力。本专利技术通过三步水热法合成反应在三维自支撑的泡沫镍上原位生长Co9S8@Ce
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NiCo LDH纳米花阵列，获得一种三维异质结构电催化剂。通过材料表征分析，所生成的二维(2D)薄纳米片结构具有大的比表面积，提供了丰富的活性位点；铈的掺杂增加了NiCo LDH纳米花的电导率，提升了电荷转移能力和扩散动力学。同时具有超亲水的表面，可以实现电解液的浸润和气泡的快速释放，从而提高其分解水的能力。并且倾斜放置在反应釜中的泡沫镍基底上表面容易被反应沉淀物覆盖，影响催化剂在泡沫镍上的原位生长，从而影响性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)Co前驱体/NF的制备：将钴源、氟化铵和尿素在泡沫镍基底上进行水热反应，得到泡沫镍负载的Co前驱体；(2)Co9S8/NF的制备：将步骤(1)制备的Co前驱体/NF和硫源进行水热反应，得到泡沫镍负载的Co9S8；(3)Co9S8@Ce
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NiCo LDH/NF催化剂的制备：将步骤(2)制备的Co9S8/NF和镍源、钴源、铈源、尿素、聚乙烯吡咯烷酮进行水热反应，得到泡沫镍负载的Co9S8@Ce
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NiCo LDH催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述泡沫镍水热时在反应釜中的角度与水平面夹角为80
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100
°
。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钴源为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴、醋酸钴中的至少一种；所述硫源为硫化钠、硫脲中的至少一种；所述镍源为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的至少一种；所述铈源为硝酸铈、氯化铈、硫酸铈、醋酸铈中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钴源、氟化铵和尿素的摩尔比为1:1:(5
‑
10)。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨蕾，王梦想，邓崇海，梁鑫，周宁宁，张苗，储德林，何刚，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：