[發明專利]氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201811646269.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109876833B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 朱桂生;章明美;邵守言;謝吉民;黃春霞;陳勇;葉興平
• 申請（專利權）人: 江蘇索普（集團）有限公司;江蘇大學;江蘇索普工程科技有限公司
• 主分類號: B01J27/185
• 分類號: B01J27/185;B01J37/10;B82Y30/00;B82Y40/00;C25B1/04;C25B11/091
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本發明屬于電催化制氫催化材料制備范疇，具體是氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑的制備方法，將氧化石墨烯、磷酸、硫酸均勻混合形成水溶液，將它轉移到水熱釜中進行水熱反應，得到硫和磷摻雜的石墨烯；在將硫和磷摻雜的石墨烯、六水合氯化鎳和乙醇混合均勻后對其進行水熱，對得到的溶液進行抽濾、洗滌、烘干，即得到氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑。本發明的反應條件簡單，操作方便，工藝流程短；制得的氧化鎳納米片分散性好，尺寸合適且均勻，用作電催化析氫電極催化劑有著優異的析氫性能。

技術領域

本發明屬于電催化析氫電極催化劑材料制備領域，具體是一種氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑及其制備方法。

背景技術

伴隨著不斷增加的能源危機和CO₂誘發的全球變暖，建設可再生能源系統成為重大的科學挑戰之一。由于化石燃料供應有限和環境問題日益嚴重，清潔可再生能源引起了越來越多的關注。其中，電催化在清潔能源轉換中發揮著關鍵性的作用，為未來的可持續發展提供了一個切實可行的途徑。氫被認為是最有前景的新能源，因為它具有替代舊能源的所有要求。氫氣可以由電解質通過使用間歇式新能源如風能和太陽能經由析氫反應(HER)來生產。迄今為止，在市售電解槽中用于HER的最普遍的電催化劑仍然是非常昂貴且稀缺的Pt基材料，因此，產生氫氣的主要挑戰之一是開發對HER具有高活性且不含貴金屬的催化劑。

近年來，石墨烯在催化領域逐漸引起了人們的關注，并把它看作是具有零帶隙的半導體。因為在化學表面上的雜原子摻雜是一種調整電子屬性非常有效的方法，它在HER的電導率和活性位點上起作用，而且S摻雜可以形成穩定的高電荷密度和自旋密度的結構，P摻雜會形成小的帶隙。碳材料中的S和P摻雜的協同耦合作用可以產生更多的電催化活性位點，并且能夠改進電催化的活性，降低反應的起始電位從而降低反應的阻力使反應能夠更容易發生，但是它們的HER性能和極限電流密度都不能滿足要求。金屬鎳用于催化HER至少一個世紀，而且研究人員已經致力于優化鎳基催化劑，發現鎳催化劑的電流密度雖然比較好，但是他們中的大多數仍然無法與貴金屬催化劑相提并論。而對于電催化，構建多孔納米結構是能夠顯著提高催化劑性能的可行解決方案。由于氧化鎳負載的石墨烯催化活性高，所以申請人推測將氧化引入石墨烯有助于在催化劑中形成高比表面積和豐富的活性位點以及增大極限電流密度，在煅燒或者是水熱過程中，石墨烯框架中會留下孔隙并使氧化插入或負載其中。

然而使用氧化鎳負載和硫磷雙摻雜用作電催化析氫的材料市面上還未見到，因此很有必要通過使用負載和雙摻雜的方法來制備氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑。

發明內容

本發明的目的在于解決現有方法和技術中出現的問題和缺陷，如：Pt基電極材料的昂貴和其它電極差導電性，電極材料活性位點少以及納米材料的團聚等，本發明提供了一種合成工藝簡單、低成本的氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑的制備方法。

為達到上述目的，本發明解決技術問題采用的技術方案如下：

氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將氧化石墨烯、磷酸和硫酸均勻混合在水溶液中，得到均勻的混合液A；

(2)將所述混合液A轉移到水熱釜中進行水熱反應，將得到的懸濁液進行過濾、洗滌、真空烘干，得到硫磷摻雜石墨烯；

(3)將六水合氯化鎳溶解在乙醇中，攪拌使其完全溶解，并在持續攪拌下緩慢加入氨水溶液，得到淺藍色溶液B；

(4)向淺藍色溶液B中加入所述硫磷摻雜石墨烯并攪拌均勻，得到混合溶液C；

(5)將所述混合溶液C轉移至水熱釜中進行水熱反應；

(6)將步驟(5)水熱反應得到的混合物抽濾、洗滌、烘干后得到氧化鎳負載硫磷摻雜石墨烯復合電催化劑。

進一步地，在所述步驟(1)中，所述氧化石墨烯、磷酸與硫酸的用量比為40mg：1-3mL：1-4mL。