泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电极材料技术领域，公开了一种泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂及其制备方法与应用，将铁盐配制为过渡金属的盐溶液或者将铁盐与A金属盐配制为过渡金属的盐溶液；将硫代硫酸钠、硫脲、硫代乙酰胺中的一种硫源溶解于去离子水中配制为硫源溶液；将预处理后的泡沫镍浸没在过渡金属的盐溶液中在室温下保持一定时间后；取出并吹干再浸入在硫源溶液中在室温下保持一定时间，进行洗涤、干燥得到泡沫镍负载硫化物电催化剂；该催化剂用于析氧反应中具有活性高、稳定性强的特点，同时析氢性能也较强，并且其制备方法简单，成本较低，适于大规模生产。大规模生产。大规模生产。

【技术实现步骤摘要】
泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电极材料
，具体地说，是涉及一种电催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]析氧反应(OER)在许多能量转换和存储过程中起着至关重要的作用，包括作为众多电化学能量储存和转换器件的关键半反应，还包括用于生产氢气的电化学水裂解和将二氧化碳还原为增值化学品。IrO2和RuO2被称为最先进的OER电催化剂，但由于这些贵金属的高成本和低地球丰度，它们受到了严重限制。开发高性能的无贵金属OER电催化剂具有很大的需求。研究表明，过渡金属硫族化合物(MX2，通常M＝Mo、W、Fe、Co或者Ni，X＝S或者Se)用作电极材料具有析氧反应电催化活性，此类材料电极具有成本廉价、可操作性强、催化性能良好等特点。Zhang和同事报道了用水热法将泡沫镍与硫代乙酰胺直接硫化制备的Ni3S2纳米棒/泡沫镍(Ni3S2/Ni)作为高效的OER电催化剂。利用水合Ni3S2纳米棒、氧化镍层和泡沫镍载体之间的协同化学耦合效应，在0.1m KOH中，在10mA cm
‑2的条件下，Ni3S2/Ni可获得187mV的超低过电位。(Energy Environ.Sci.2013,6,2921)。Yong
‑
Ming Chai等人报道了一种泡沫镍负载NiFeCo硫化物催化剂用于电催化析氧，这种催化剂催化活性好，但是电极稳定性差，持续反应一段时间后性能大幅衰减(Applied Surface Science，428，2018，370
‑
>376)。综上，为了工业化应用，在高活性和高稳定性两项指标下，需要探索一种制备方法简单，成本低的高活性高稳定性的析氧电极。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要解决电催化析氧反应方面的相关技术问题，提供了一种泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂及其制备方法与应用，该催化剂用于析氧反应中具有活性高、稳定性强的特点，同时析氢性能也较强，并且其制备方法简单，成本较低，适于大规模生产。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供了一种泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂的制备方法，包括如下过程：
[0006]将铁盐配制为过渡金属的盐溶液，或者将铁盐与A金属盐按照1：0.01
‑
5的摩尔比配制为过渡金属的盐溶液；所述铁盐为硫酸亚铁、硝酸铁、氯化铁中的一种，所述A金属盐为氯化镍、钼酸铵、氯化铜、氯化钴中的至少一种；所述过渡金属的盐溶液中，所述铁盐的浓度在0.005
‑
0.2M；
[0007]将硫代硫酸钠、硫脲、硫代乙酰胺中的一种硫源溶解于去离子水中，配制为硫源溶液；其中，所述铁盐和所述硫源的摩尔比为1：1
‑
20；
[0008]将预处理后的泡沫镍浸没在所述过渡金属的盐溶液中，在室温下保持1
‑
4h后；取出泡沫镍并吹干，再浸入在所述硫源溶液中，在室温下保持1
‑
4h后，进行洗涤、干燥，得到所述泡沫镍负载硫化物电催化剂。
[0009]进一步地，所述铁盐与所述A金属盐的摩尔比为1：0.1
‑
5；所述过渡金属的盐溶液中，所述铁盐的浓度在0.01
‑
0.04M。
[0010]进一步地，所述铁盐和所述硫源的摩尔比为1：1
‑
10。
[0011]进一步地，所述泡沫镍的预处理为将泡沫镍进行裁剪处理后，依次在酸溶液、无水乙醇和去离子水中超声清理，干燥处理后备用。
[0012]更进一步地，所述酸溶液为盐酸溶液、草酸溶液、硫酸溶液硝酸溶液中的一种，酸溶液的浓度为1
‑
5M。
[0013]更进一步地，在酸溶液、无水乙醇和去离子水中分别超声清理15
‑
30min。
[0014]进一步地，所述吹干采用气刀、吹枪、吹风机中的一种，风速为10
‑
100m/s。
[0015]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂，由上述制备方法得到。
[0016]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂在电催化析氧反应中的应用。
[0017]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种上述泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂在电催化析氢反应中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术提供了一种泡沫镍负载硫化物电催化剂及其制备方法，工艺简单，生产成本低、生产效率高，其选用廉价的过渡金属盐为原料，通过简单化学原位生长的方法，制备得到具有析氧和析氢双催化功能的泡沫镍负载多金属硫化物，多金属化合物在催化过程中能够产生较好的协同作用，进而提高催化剂的活性。首先配置过渡金属的盐溶液，并将泡沫镍浸入其中，使泡沫镍与金属盐进行作用，后将材料取出吹干，再浸入硫源溶液中，在室温条件下得到金属硫化物/泡沫镍电极。通过改变金属的用量和硫源的用量可以调节材料的形貌，而本申请所限定的浓度比例下形成的形貌更有利于析氧反应的进行。
[0020]本专利技术提供了一种泡沫镍负载硫化物电催化剂在析氧电催化反应中有很好的性能，且也可以用于析氢电催化反应，均可极大地降低反应的过电势，降低电解水制氢和制氧的成本，且该材料电催化水解的性能优异，与贵金属基催化剂性能相当；因此绿色经济，成本可控，适合大面积规模化应用。
附图说明
[0021]图1为实施例1所制得的硫化铁/泡沫镍电极的扫描电子显微镜图；
[0022]图2为实施例3所制得的硫化铁镍/泡沫镍电极的扫描电子显微镜图；
[0023]图3为实施例4所制得的硫化铁镍/泡沫镍电极的扫描电子显微镜图；
[0024]图4为实施例5所制得的硫化铁镍/泡沫镍电极的扫描电子显微镜图；
[0025]图5为实施例7所制得的硫化铁镍钼/泡沫镍电极的扫描电子显微镜图；
[0026]图6为实施例8所制得的硫化铁镍钼/泡沫镍电极的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
[0027]下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步的详细描述，以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0028]实施例1
[0029]室温下制备泡沫镍负载硫化物电催化剂，包括如下步骤：
[0030](1)泡沫镍的预处理：将泡沫镍剪裁成2.8cm
×
7cm大小的长方形，并将泡沫镍依次浸泡于3M HCl、无水乙醇和去离子水中进行超声清洗，每次清洗15min，氧气吹干后备用；其中，盐酸溶液还可以替换为草酸溶液或硫酸溶液硝酸溶液，酸溶液的浓度通常在1
‑
5M范围内选择；
[0031](2)将0.01mol Fe(NO3)3·
9H2O溶于100mL去离子水，并充分溶解；
[0032](3)将0.06mol Na2S2O3·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下过程：将铁盐配制为过渡金属的盐溶液，或者将铁盐与A金属盐按照1：0.01
‑
5的摩尔比配制为过渡金属的盐溶液；所述铁盐为硫酸亚铁、硝酸铁、氯化铁中的一种，所述A金属盐为氯化镍、钼酸铵、氯化铜、氯化钴中的至少一种；所述过渡金属的盐溶液中，所述铁盐的浓度在0.005
‑
0.2M；将硫代硫酸钠、硫脲、硫代乙酰胺中的一种硫源溶解于去离子水中，配制为硫源溶液；其中，所述铁盐和所述硫源的摩尔比为1：1
‑
20；将预处理后的泡沫镍浸没在所述过渡金属的盐溶液中，在室温下保持1
‑
4h后；取出泡沫镍并吹干，再浸入在所述硫源溶液中，在室温下保持1
‑
4h后，进行洗涤、干燥，得到所述泡沫镍负载硫化物电催化剂。2.根据权利要求1所述的一种泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐与所述A金属盐的摩尔比为1：0.1
‑
5；所述过渡金属的盐溶液中，所述铁盐的浓度在0.01
‑
0.04M。3.根据权利要求1所述的一种泡沫镍负载硫化物双功能电催化剂的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，肖尧，戚鸣，张孟麒，
申请(专利权)人：上海橙氧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：