片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料及其合成方法和应用技术

本发明专利技术以镍泡沫为基底和镍源，先在180～220℃水热条件下合成MoS2/Ni3S2/NF纳米棒阵列，然后再在120～160℃水热条件下引入镍铁双层氢氧化物，最终形成一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe‑LDH/NF材料。本发明专利技术制得的目标产物在碱性溶液中，阳极的尿素氧化反应以及阴极的析氢反应中有着很好的催化特性，表现出良好的双功能催化活性。同时在含有尿素的碱性双电极电解池体系中，达到100mA cm

Lamellar micro mosaic MoS2 / Ni3S2 / NiFe LDH / NF material and its synthesis method and Application

【技术实现步骤摘要】
片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料及其合成方法和应用
本专利技术涉及电催化材料的合成及应用
，具体涉及一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料及其合成方法和应用。
技术介绍
电解水产氢是一种简单、有效的获得氢气和氧气的途径。水的电解由阴极析氢反应(HydrogenEvolutionReaction,HER)和阳极析氧反应(OxygenEvolutionReaction,OER)两个半反应构成，理论分解电压为1.23v。然而在阳极反应过程中，涉及四个电子的转移以形成O-O键的OER是一个动力学缓慢的过程，实际电位远远大于1.23V。使用理论电位较低的阳极反应，例如尿素氧化反应(UOR)去代替缓慢的OER能达到更高效的析氢。尿素具有无毒、不易燃、来源广泛且价格低廉等优点，全电解尿素的(理论)电压为0.37V，远低于电解水所需的1.23V的(理论)电压。为进一步降低电极反应的过电位，常常使用催化材料。Ir(或Ru)和Pt基催化剂分别是优异的OER和HER催化剂，但贵金属基催化剂的稀缺性和高成本使它们不能广泛用于工业生产中。出于提高能效的根本目的，发展双功能电催化剂成为电解水制氢技术的关键。基于上述理由，提出本申请。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料及其合成方法和应用。本专利技术以镍泡沫(NF)为基底和镍源，先通过水热反应合成了在镍泡沫上的MoS2/Ni3S2纳米棒阵列，然后再次在水热条件下引入镍铁双层氢氧化物(NiFe-LDH)，最终形成一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料，并测试了其电化学性能。测试结果表明，本专利技术的片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料的催化活性优于贵金属催化剂并且拥有较好的稳定性。为了实现本专利技术的上述其中一个目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料的合成方法，包括如下步骤：(1)泡沫镍(NF)预处理依次采用稀盐酸、丙酮、超纯水和乙醇将裁剪好的泡沫镍片进行超声清洗，真空干燥后备用；(2)MoS2/Ni3S2/NF纳米棒阵列的合成按配比将二水合钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)、硫脲(CS(NH2)2)依次加入到超纯水中搅拌均匀形成溶液1，然后将所述溶液1转移至反应釜中，再将步骤(1)预处理好的泡沫镍片浸入到溶液1中，密封反应釜，再将反应釜的反应温度升温到180～220℃恒温反应22～26h，反应结束后，冷却至室温，将产物用超纯水和乙醇交替洗涤数次后真空干燥，获得所述的MoS2/Ni3S2/NF纳米棒阵列；(3)片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF的合成按配比将六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)依次加入到超纯水中搅拌均匀，然后向所得混合液中加入氟化铵(NH4F)和尿素(CO(NH2)2)，继续搅拌均匀后得到溶液2，再将所述溶液2转移至反应釜中，向所述反应釜中加入步骤(2)获得的MoS2/Ni3S2/NF材料后密封反应釜，最后将反应釜的反应温度升温到120～160℃恒温反应4～8h，反应结束后，冷却至室温，将产物用超纯水和乙醇交替洗涤数次后真空干燥，获得所述的片层微米花状的MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料。进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述二水合钼酸钠与硫脲的摩尔比为1：4。进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述二水合钼酸钠与超纯水的用量比为1mmol：120mL。进一步地，上述技术方案，步骤(2)所述反应釜的反应温度优选为200℃，反应时间优选为24h。进一步地，上述技术方案，步骤(3)所述六水合硝酸镍与九水合硝酸铁的摩尔比为4：1。进一步地，上述技术方案，步骤(3)所述六水合硝酸镍与超纯水的用量比为1mmol：20mL。进一步地，上述技术方案，步骤(3)所述氟化铵、尿素与六水合硝酸镍的摩尔比为20：25：4。进一步地，上述技术方案，步骤(3)所述反应釜的反应温度优选为140℃，反应时间优选为6h。进一步地，上述技术方案，步骤(2)、步骤(3)所述的真空干燥温度为40～60℃。本专利技术的第二个目的在于提供采用上述所述方法制备得到的片层微米花状的MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料。本专利技术的第三个目的在于提供上述所述方法制得的片层微米花状的MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料作为双功能电催化剂在全电化学析氢中的应用。本专利技术的第四个目的在于提供上述所述方法制得的片层微米花状的MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料作为催化剂在电解尿素的阳极尿素氧化中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术以镍泡沫(NF)为基底和镍源，先在180～220℃水热条件下合成在镍泡沫上的纳米棒阵列MoS2/Ni3S2，然后再在120～160℃水热条件下引入镍铁双层氢氧化物(NiFe-LDH)，最终形成一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料，应用于电催化析氢催化剂方向。本专利技术制得的MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料在含有0.5M尿素的碱性1MKOH溶液中，阳极的尿素氧化反应(UOR)表现出很高的催化活性和稳定性，同时在阴极的析氢反应(HER)中也有着很好的催化特性，该材料表现出良好的双功能催化活性。同时在含有尿素的碱性双电极电解池体系中，达到100mAcm-2的电流密度仅需1.408V(vs·RHE)的槽电压，比无尿素存在的纯电解水的氧化反应的槽压低244mV，并且远远低于碱性中贵金属双电极体系的槽电压。因此，该材料有望替代贵金属在高效尿素氧化分解和电催化析氢方向有着比较好的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料的X射线衍射(XRD)图谱；图2为本专利技术实施例1制备的片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料的X射线光电子能谱图，其中：(a)Mo3d的高分辨率分峰谱图；(b)Ni2p的高分辨率分峰谱图；(c)S2p的高分辨率分峰谱图；(d)Fe2p的高分辨率分峰谱图；图3中(a)、(b)分别为本专利技术实施例1步骤(2)制备的MoS2/Ni3S2/NF在不同倍率条件下的扫描电子显微镜(SEM)图片；(c)、(d)为步骤(3)制备的MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF在不同倍率条件下的扫描电子显微镜(SEM)图片；图4中(a)、(b)分别为本专利技术实施例1步骤(2)制备的MoS2/Ni3S2/NF在不同倍率条件下的透射电子显微镜(TEM)图片；(c)、(d)为步骤(3)制备的MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF在不同倍率条件下的透射电子显微镜(TEM)图片；图5为MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF分别在三种电解液(电解液分别为1.0MKOH溶液、0.5M尿素、由1.0MKOH和0.5M尿素组成的混合溶液)中析氢反应(HER)的LSV曲线对比图；图6为裸泡沫镍(NF)、Ni3S2/NF、MoS2/Ni本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe‑LDH/NF材料的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)泡沫镍(NF)预处理依次采用稀盐酸、丙酮、超纯水和乙醇将裁剪好的泡沫镍片进行超声清洗，真空干燥后备用；(2)MoS2/Ni3S2/NF纳米棒阵列的合成按配比将二水合钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)、硫脲(CS(NH2)2)依次加入到超纯水中搅拌均匀形成溶液1，然后将所述溶液1转移至反应釜中，再将步骤(1)预处理好的泡沫镍片浸入到溶液1中，密封反应釜，再将反应釜的反应温度升温到180～220℃恒温反应22～26h，反应结束后，冷却至室温，将产物用超纯水和乙醇交替洗涤数次后真空干燥，获得所述的MoS2/Ni3S2/NF纳米棒阵列；(3)片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe‑LDH/NF的合成按配比将六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)依次加入到超纯水中搅拌均匀，然后向所得混合液中加入氟化铵(NH4F)和尿素(CO(NH2)2)，继续搅拌均匀后得到溶液2，再将所述溶液2转移至反应釜中，向所述反应釜中加入步骤(2)获得的MoS2/Ni3S2/NF材料后密封反应釜，最后将反应釜的反应温度升温到120～160℃恒温反应4～8h，反应结束后，冷却至室温，将产物用超纯水和乙醇交替洗涤数次后真空干燥，获得所述的片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe‑LDH/NF材料。...

【技术特征摘要】
1.一种片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)泡沫镍(NF)预处理依次采用稀盐酸、丙酮、超纯水和乙醇将裁剪好的泡沫镍片进行超声清洗，真空干燥后备用；(2)MoS2/Ni3S2/NF纳米棒阵列的合成按配比将二水合钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)、硫脲(CS(NH2)2)依次加入到超纯水中搅拌均匀形成溶液1，然后将所述溶液1转移至反应釜中，再将步骤(1)预处理好的泡沫镍片浸入到溶液1中，密封反应釜，再将反应釜的反应温度升温到180～220℃恒温反应22～26h，反应结束后，冷却至室温，将产物用超纯水和乙醇交替洗涤数次后真空干燥，获得所述的MoS2/Ni3S2/NF纳米棒阵列；(3)片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF的合成按配比将六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)依次加入到超纯水中搅拌均匀，然后向所得混合液中加入氟化铵(NH4F)和尿素(CO(NH2)2)，继续搅拌均匀后得到溶液2，再将所述溶液2转移至反应釜中，向所述反应釜中加入步骤(2)获得的MoS2/Ni3S2/NF材料后密封反应釜，最后将反应釜的反应温度升温到120～160℃恒温反应4～8h，反应结束后，冷却至室温，将产物用超纯水和乙醇交替洗涤数次后真空干燥，获得所述的片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料。2.根据权利要求1所述的片层微米花状MoS2/Ni3S2/NiFe-LDH/NF材料的合成方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴慧敏，贺茂晓，冯传启，王石泉，张燕青，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42