[發明專利]一種負載四硫化二鈷鎳納米片的石墨烯復合材料的制備及應用

在審

• 申請號: 202010062180.1
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111215096A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 莫尊理;劉桂桂;帥超;賈倩倩;陳穎;董奇兵;劉文通;郭瑞斌;劉妮娟
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: B01J27/043
• 分類號: B01J27/043;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發明公開了一種負載四硫化二鈷鎳納米片的石墨烯復合材料的制備方法，是將氧化石墨烯于去離子水中分散均勻，加入硝酸鎳和硝酸鈷的水溶液，然后加入對氨基苯甲酸，再加入氨水作為還原劑，攪拌，離心，洗滌，真空干燥，在空氣中于300~400℃下退火1~2h，制得NiCo₂O₄/RGO前體；將NiCo₂O₄/RGO前體和硫粉在Ar氣氛下于250~350℃退火1~2h，即得負載四硫化二鈷鎳納米片的石墨烯復合材料，標記為NiCo₂S₄/RGO。NiCo₂S₄/RGO作為電催化劑用于電解水析氧反應中，由于八面體活性位點、層次結構以及RGO的存在，為其在電解水中的OER提供了低的起始電勢，小的過電勢和低的Tafel，具有優異的電催化性能和良好穩定性。

技術領域

本發明屬于催化劑的合成與應用技術領域，具體涉及一種負載四硫化二鈷鎳納米片的石墨烯復合材料的制備，主要作為電催化劑用于電解水析氧反應中。

背景技術

電解水是目前制備氫氣最清潔、高效的方法之一。但是電解水陽極析氧反應（OER）多步質子耦合電子轉移過程，該反應通常反應緩慢，并且需要更大的過電勢。為了解決這些瓶頸問題，需要不斷開發用于OER的高效電催化劑。到目前為止，IrO₂和RuO₂等貴金屬電催化劑提供了最佳的OER性能，但它們受到資源稀少，成本高的限制，這也限制了其廣泛使用。因此，人們致力于研究基于3d過渡金屬元素及其衍生物的非貴金屬催化劑，以替代貴金屬催化劑。制備具有高活性，高耐用性，廉價電催化劑是非常必要。

過渡金屬氧化物，硫化物和磷化物在OER或HER中是有效的電催化劑。其中，過渡金屬硫化物在堿性水溶液中的OER更為人們關注。但是，由于金屬硫化物電催化活性低，單一金屬硫化物的性能遠遠不能滿足實際應用的要求。因此，基于金屬活性中心之間的強協同作用，研究二元金屬硫化物來增強催化劑活性。

為了獲得良好的OER性能，一種方法是控制催化劑材料的形貌和微觀結構。 二維納米片是一種很理想的結構，因為超薄結構具有較大的表面積和和較多的活性位點；另一種有效的方法是提高電催化劑的電導率以確保快速的電子傳輸，過渡金屬氧化物通常與導電碳材料結合或生長在導電碳材料上，例如多孔碳，碳納米管和石墨烯。石墨烯由于具有較高的電子傳導性，化學穩定性和較大的比表面積，使其成為過渡金屬基催化劑的極佳載體。

發明內容

本發明的目的是提供一種負載四硫化二鈷鎳（NiCo₂S₄）納米片的石墨烯復合材料的制備方法；

本發明的另一個目的是提供上述負載NiCo₂S₄納米片的石墨烯復合材料作為電催化劑在電解水析氧反應中的應用。

一、負載NiCo₂S₄納米片的石墨烯復合材料的制備

本發明負載NiCo₂S₄納米片的石墨烯電催化劑的制備方法，包括以下工藝步驟：

（1）將氧化石墨烯（GO）于去離子水中分散均勻，加入硝酸鎳和硝酸鈷的水溶液，然后加入對氨基苯甲酸，再加入氨水作為還原劑，攪拌，離心，洗滌，真空干燥，在空氣中于300~400℃下退火1~2h，制得NiCo₂O₄/RGO前體。其中，氧化石墨、硝酸鎳和硝酸鈷的質量比為1:2:4~1:3:6；氧化石墨與對氨基苯甲酸的質量體積比為3~8mg/mL；氨水與對氨基苯甲酸的體積比為1:4~1:12；攪拌時間為10~12h；真空干燥溫度為55~60℃，真空干燥時間為10~12h。