[發明專利]等離子體改性CuFe-Ni3S2

在審

• 申請號: 202310519577.2
• 申請日: 2023-05-10
• 公開（公告）號: CN116555818A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 沈擁軍;房帥康;陳銀;周全法;吳澤穎;周品;馮坤;柏寄榮;沈海林;張微
• 申請（專利權）人: 常州工學院;南通大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;C25B11/061
• 代理公司: 南京北辰聯和知識產權代理有限公司 32350
• 代理人: 何美琴

本發明公開了一種等離子體改性CuFe?Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;/NF納米片的制備方法及應用，先將鎳泡沫依次在鹽酸、無水乙醇和水中超聲處理后真空干燥；再將Cu(NOsubgt;3/subgt;)subgt;2/subgt;·3Hsubgt;2/subgt;O、Fe(NOsubgt;3/subgt;)subgt;3/subgt;·9Hsubgt;2/subgt;O和尿素依次加入水中攪拌均勻，通過水熱法合成CuFe前驅體/NF；然后將CuFe前驅體/NF放入反應釜中并加入Nasubgt;2/subgt;S·9Hsubgt;2/subgt;O溶液加熱后洗滌烘干；最后經反應釜空氣等離子體處理后獲得等離子體修飾的PA@CuFe?Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;/NF。本發明的PA@CuFe?Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;/NF新型的三維花狀納米片結構大程度的促進了氣體的釋放且加強了催化劑與泡沫鎳載體之間的連接，最大程度促進了Hsubgt;2/subgt;和Osubgt;2/subgt;的釋放，提供了更多的活性位點，并且在析氫反應、析氧反應和全解水中都保持著長期的耐久性，是一種優越的雙功能電催化劑，本發明為高性能催化劑的設計提供了新的方法。

技術領域

本發明涉及一種等離子體納米片的制備方法，具體涉及一種等離子體改性CuFe-Ni₃S₂/NF納米片、制備方法及應用。

背景技術

近年來，經濟和環境的發展都受到傳統化石燃料快速消耗的制約，一種可行的方法是大力發展電解水產生的無污染、熱能高的氫能源。為了加速電解水制氫的效率且節約生產成本，就必須降低電解水過程中兩個半反應的電壓，使用合適的催化劑能有效的緩解這一問題。目前研究者們致力于開發高效、低成本、穩定的過渡金屬催化劑以取代活性好但價格十分昂貴的貴金屬材料。

將納米材料原位錨定在3D泡沫鎳導電襯底上可以改善系統中不良的接觸電阻、加速氫氣和氧氣的釋放、提高催化劑的穩定性，利于開發用于析氧反應(HER)和析氫反應(OER)的自支撐雙功能電極。此外，研究發現，過渡金屬硫化物如Ni₃S₂因其價格低廉、制備方法簡易、導電性強和與眾不同的表面性能，被認為是最有潛力的電催化劑之一。遺憾的是，過渡金屬硫化物活性位點有限且具有固有的催化活性，并且電負性高的硫與H有很強的相互作用，所以析氫效率普遍不高。為了增強電催化性能，合成同步催化HER和OER的材料，可以在催化劑中引入外來的過渡金屬元素。例如，Khan等人通過控制合成溫度制備了特殊的鈷摻雜Ni₃S₂分級納米/微米仙人掌結構，優越的形貌以及Co的摻雜提高了析氫和析氧性能，即使在高電流密度下也具有超低的過電位。崔正及其小組成員詳細分析了Mo摻雜的Ni₃S₂雙功能催化劑，通過控制鉬和鎳的原子化學計量比得到了最佳的形貌和性能，作為雙功能電極時，電池電壓僅為1.53V且活性至少可以維持15個小時。劉倩倩等人設計了樹枝狀的V-Ni₃S₂@NiO/NF催化劑，V的引入增強了OH^-的吸附且獨特的分層結構提供了多維的質量和電荷傳輸通道，從而改善了水的電解動力學。V-Ni₃S₂@NiO/NF作為雙功能催化劑不僅具有超高的活性且在55個小時內未有衰減。

目前研究者們大多僅通過一個策略制備高效催化劑，介質阻擋放電(DBD)等離子體技術因其操作簡單、不產生二次污染、改性環境不限、成本低，被人們逐漸熟知并研究。本發明通過在元素摻雜外加入其他策略進一步優化其HER和OER性能，制備更為優秀的雙功能電極。

發明內容