[發(fā)明專(zhuān)利]一種Co@NiSx-CNT電極材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010151939.3
• 申請(qǐng)日: 2020-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111420679B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣繼波;陳宇凱;叢海山;唐佳斌;胡曉敏;王露露;楊圓圓;馬健;韓生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J27/043
• 分類(lèi)號(hào): B01J27/043;B01J35/10;C25B1/04;C25B11/093
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發(fā)明涉及一種Co@NiSx?CNT電極材料及其制備方法與應(yīng)用，制備方法為：將鈷源、鎳源、硫源及N,N?二甲基甲酰胺混合均勻得到混合液，之后加入碳納米管，混合均勻后得到反應(yīng)液；將反應(yīng)液進(jìn)行高溫水熱反應(yīng)，經(jīng)后處理即得到Co@NiSx?CNT電極材料，該電極材料應(yīng)用在電催化析氫反應(yīng)中。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明Co@NiSx?CNT電極材料的合成過(guò)程簡(jiǎn)便且安全，通過(guò)將材料負(fù)載在碳納米管上增加了材料的比表面積，解決了硫化物表面暴露的活性位點(diǎn)不足的問(wèn)題，提高了材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氫能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Co@NiSx-CNT電極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫氣可作為一種經(jīng)濟(jì)燃料，應(yīng)用在為車(chē)輛或電氣設(shè)備提供動(dòng)力的電化學(xué)電池中。氫燃料的生產(chǎn)引起了人們對(duì)于氫釋放反應(yīng)(HER)的有效電催化劑的廣泛研究。研究人員研究發(fā)現(xiàn)，使用地球上廉價(jià)的二元金屬硫化物、氮化物、硼化物和磷化物代替貴金屬Pt作為HER電催化劑具有可能性。對(duì)于自然界中的氫化酶系統(tǒng)，已證明在扭曲的八面體連接殼中具有五個(gè)永久配體的金屬硫簇是HER的活性位點(diǎn)。研究人員已經(jīng)進(jìn)行了許多努力來(lái)合成無(wú)機(jī)金屬硫配合物和固體以產(chǎn)生活性位點(diǎn)的類(lèi)似模擬物。例如，已經(jīng)證明，由于MoS₂表面的活性邊緣，負(fù)載在Au、石墨烯和碳材料上的MoS₂納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高HER催化活性。據(jù)報(bào)道，鎢、鈷、鎳和鐵的其他過(guò)渡金屬硫化物也對(duì)HER具有催化活性。然而，要理解催化活性和改善催化劑合成，還有許多工作要做。

用額外的金屬原子摻雜金屬催化劑是增強(qiáng)電催化劑活性的重要方法。在HER中，催化能力對(duì)氫的吸附能量和氫逸出路徑的動(dòng)能勢(shì)壘有很強(qiáng)的依賴(lài)性，氫的吸附能和動(dòng)能壘可能因暴露于催化劑表面的原子或晶相的類(lèi)型而異。一些研究表明，通過(guò)摻雜其他過(guò)渡金屬可提高金屬硫化物的HER活性，但目前仍未取得較好的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的過(guò)渡金屬硫化物催化析氫問(wèn)題，而提供一種Co@NiSx-CNT電極材料及其一步水熱法制備方法，以及在酸、堿性溶液電催化析氫方面的應(yīng)用。電極材料的原材料均可購(gòu)買(mǎi)得到，且無(wú)易制爆易制毒藥物。通過(guò)摻雜金屬原子來(lái)改變過(guò)渡金屬硫化物的電子結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能，優(yōu)化氫吸附能并增強(qiáng)HER催化活性。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種Co@NiSx-CNT電極材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

1)將鈷源、鎳源、硫源及N,N-二甲基甲酰胺混合均勻得到混合液，之后加入碳納米管，混合均勻后得到反應(yīng)液；

2)將反應(yīng)液進(jìn)行高溫水熱反應(yīng)，經(jīng)后處理即得到Co@NiSx-CNT電極材料。

進(jìn)一步地，步驟1)中，所述的鈷源為乙酸鈷，所述的鎳源為乙酸鎳，所述的硫源為硫代乙酰胺；

所述的乙酸鈷與乙酸鎳的摩爾比為1:(1-10)；

所述的乙酸鈷及乙酸鎳的總摩爾量與硫代乙酰胺的摩爾量之比為1:(3-8)；

所述的乙酸鈷及乙酸鎳的總摩爾量與N,N-二甲基甲酰胺的體積之比為1mmol:(5-20)mL；

所述的乙酸鈷及乙酸鎳的總摩爾量與碳納米管的質(zhì)量之比為1mmol:(2-8)mg。

進(jìn)一步地，步驟1)中，所述的鈷源、鎳源、硫源及N,N-二甲基甲酰胺采用超聲混合，該超聲混合的混合時(shí)間為5-30min。

進(jìn)一步地，步驟1)中，所述的碳納米管與混合液采用超聲混合，該超聲混合的混合時(shí)間為2-10min。

進(jìn)一步地，步驟2)中，所述的高溫水熱反應(yīng)中，反應(yīng)溫度為120-200℃，反應(yīng)時(shí)間為6-20h。