一种镍基化合物@MoS2核壳纳米材料的制备及其应用的制作方法

一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料的制备及其应用
技术领域
1.本发明涉及电催化析氢领域，特别涉及一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料的制备


背景技术：

2.随着社会的发展对能源需求的迫切需要、化石燃料的日渐枯竭，生态友好、可持续的氢能源引起人们极大地关注。其中，电催化分解水制氢是一条清洁、简便、可再生的可有效缓解能源需求的途径。目前，传统的，较为优异的电催化剂是基于贵金属材料的催化剂，贵金属pt催化活性强，在电催化析氢领域备受关注，但其稀有性以及昂贵的价格限制了其应用市场。多酸具有良好的氧化还原能力，可以可逆地接受和释放一个或多个电子。而电化学反应正是通过电子转移发生，所以这为其作为电催化剂提供了可能。并且多酸合成方法简单、成本低廉、结构缤纷多样、具有氧化还原活性高的金属元素，多酸可以通过共价键与有机体系结合为多酸基无机
‑
有机杂化化合物，还可以取代@掺杂其他元素，形成的杂多酸纳米团簇，这样可以对多酸的电化学等性质进行一定的调节。并且，通过一些手段使多酸与其他物质结合为复合材料也是调节多酸本身性能的手段。并且泡沫镍是具有三维多孔结构的高导电材料。因此，以多酸为原料制备高活性、高稳定性和导电性的多金属复合材料是一项有前途且有意义的工作。


技术实现要素：

3.为了克服传统电催化析氢催化剂价格昂贵以及多酸作为原料稳定性差、导电性差、等的不足，本发明提供了一种制备简单、价格低廉的方法且制备出一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料作为电催化析氢催化剂材料具有较高的比表面积、较高的电催化性能和良好的稳定性等优点。
4.本发明的目的是这样实现的：
5.一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料的制备，包括以下步骤：
6.(1)将nf(泡沫镍)裁剪成约1x1.5cm2的长方形方块，依次用丙酮、乙醇和去离子水对其进行超声处理30min，再用去离子水反复冲洗泡沫镍，放入烘箱中80℃烘干过夜备用。
7.(2)将0.05g硒粉加入到容积为25ml的高压反应釜聚四氟乙烯内胆中，随后依次加入 3ml去离子水和2ml乙二胺，室温下磁力搅拌10min使其混合均匀，再向其中加入2片清洗好的nf，搅拌10min。密封后将反应釜放入180℃的电热鼓风干燥箱中保温3h后取出，用去离子水清洗，之后放入干燥箱中室温条件下干燥6h，得到树状ni3se2前置结构。
8.(3)称取0.15g钴钼十二多酸和0.3g硫代乙酰胺溶解于10ml的去离子水中，室温搅拌5min，注入容积为25ml的聚四氟乙烯内衬中，随后放入两片处理好的nf。密封后将反应釜放入140℃的电热鼓风干燥箱中保温20h后取出，用去离子水清洗，然后放入 60℃干燥箱中干燥12h。
9.上述的镍基化合物@mos2核壳纳米材料的应用，主要是在电催化分解水析氢方面。
10.上述应用方法如下：以1.0摩尔每升氢氧化钾水溶液作为电解液溶液，所述镍基化合物@mos2核壳纳米材料作为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，碳棒电极作为对电极，如此搭建三电极体系。在碱性电解质溶液中，当电流密度为10macm
‑2时，过电位为56mv，并可保持稳定工作状态24个小时。
11.与现有技术相比，本发明具有如下特点：
12.本发明以提高材料的导电性和改变材料的结构为出发点。通过水热合成方法，以具有高导电率的三维多孔nf作为催化剂生长载体，采用keggin型多酸提供稳定的双金属源，它不仅有效突破了以往以简单钼酸钠和金属盐为主要原料的传统制备金属硫化物技术线路中反应原料混合不均匀、彼此分离、反应不同步、产物形貌不一、容易团聚等技术瓶颈，有效的克服了在水热过程中游离金属盐具有不同成核速率的缺点。这种材料在作为电催化析氢催化剂时，结果表明其具有良好的析氢性能和较低的过电位，在碱性电解质溶液中，当当电流密度为10macm
‑2时，过电位为56mv，并可保持稳定工作状态 24个小时。发明采用通过简单的两步水热法合成一种三金属自支撑复合材料，避免材料的团聚，在无附加粘结剂的情况下，不仅增强了电荷转移，而且避免了粘结剂的使用对活性中心的掩盖，从而赋予电极的高催化活性从而实现复合材料和导电材料的紧密结合，提高电子传输能力的同时提高催化剂的稳定性，制备出一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料。
具体实施方式
13.下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
14.实施例1，一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料，包括如下制备步骤：
15.(1)将泡沫镍裁剪成约1x1.5cm2的长方形方块，依次用丙酮、乙醇和去离子水对其进行超声处理30min，再用去离子水反复冲洗泡沫镍，放入烘箱中80℃烘干过夜备用。
16.(2)将0.05g硒粉加入到容积为25ml的高压反应釜聚四氟乙烯内胆中，随后依次加入 3ml去离子水和2ml乙二胺，室温下磁力搅拌10min使其混合均匀，再向其中加入2片清洗好的nf，搅拌10min。密封后将反应釜放入180℃的电热鼓风干燥箱中保温3h后取出，分别用去离子水和无水乙醇清洗，之后放入干燥箱中室温条件下干燥6h，得到树状ni3se2前置结构。
17.(3)称取0.15g钴钼十二多酸和0.3g硫代乙酰胺溶解于10ml的去离子水中，室温搅拌5min，注入容积为25ml的聚四氟乙烯内衬中，随后放入两片处理好的nf。密封后将反应釜放入140℃的电热鼓风干燥箱中保温20h后取出，分别用去离子水和无水乙醇清洗，然后放入60℃干燥箱中干燥12h。
18.下面结合附图及实施例，对本发明做进一步的说明：
附图说明
19.如图1所示为一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料在碱性电解质溶液中的析氢极化曲线。可以观察到当电流密度为10macm
‑2时，电极材料过电位为56mv。
20.如图2所示为一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料的xrd谱图，从图中可以观察到目标材料出现了不同的特征峰，与cos2、mos2、ni3se2和ni3s2的标准比色卡进行对比，可以看到cos2、mos2、ni3se2和ni3s2的衍射峰出现在目标材料的pxrd的图谱上。具体来说，在14.1
°
、
32.6
°
、35.3
°
和58.5
°
出现的衍射峰归属于mos2(jcpds,no.37
‑
1492) 的(002)、(101)、(102)和(110)晶面，在32.3
°
、36.2
°
、54.9
°
出现的衍射峰位置归属于 cos2(jcpds,no.65
‑
3322)的(200)、(210)和(311)晶面，在31.1
°
、49.7
°
、55.3
°
出现的衍射峰位置归属于ni3s2(jcpds,no.65
‑
3322)的(110)、(113)和(300)晶面，在29.5
°
、42.6
°
、 52.7
°
出现的衍射峰位置归属于ni3se2(jcpds,no.65
‑
3322)的(110)、(202)和(122)晶面。
21.如图3所示为一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料的析氢稳定性曲线，可以观察到曲线基本保持平稳，无明显波动，证明电极材料在24小时内能够持续稳定的工作。
22.如图4所示为一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料在不同扫速(10、20、30、40、50、60、 70、80、90、100mv@s)下，电位窗口为
‑
0.80～
‑
0.60v的循环伏安曲线图。
23.如图5所示为一种镍基化合物@mos2核壳纳米材料在在不同尺寸下的扫描电镜图，可以观察到二次水热后的样品仍然保留了ni3se2的树状结构。可以看到树枝表面由于mos2和cos2的覆盖变得十分粗糙。