一种Co3S4/FeCo2S4/NF纳米复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及电催化产氢材料领域，具体涉及一种co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能源作为世界公认的清洁能源，在低碳和零碳能源中受到广泛重视。氢具有高质量比的能量密度，是化石燃料的理想替代品。电解水制氢对于环境友好，而且地球上水资源丰富，且用电力或太阳能驱动的水裂解是一种高效的产生氢的方式。

2、但是直接通过电解水制氢电位较高(1.23v)，能耗较高，需要开发高效的廉价的催化剂促进产氢反应，降低电解水制氢电位，现有的电催化产氢技术电极材料普遍存在着催化活性低和性能低的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明采用硫化的方法，将生长在泡沫镍上的co3o4/feco2o4硫化，将氧化物转化成对应的硫化物，通过优化制备过程的工艺参数，可以有效地调控co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的结构和界面，提高其电催化产氢的活性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、将可溶性铁盐、可溶性钴盐、nh4f和尿素与水反应，得到反应液一；

5、向所述反应液一中加入泡沫镍，进行加热反应，然后冷却后，经洗涤干燥，得到feco2o4/nf前驱体，将所述feco2o4/nf前驱体进行热处理，得到feco2o4/nf。

6、将可溶性钴盐、nh4f和尿素与水反应，得到反应液二，将所述feco2o4/nf加入到反应液二中，进行水热反应，然后冷却至室温，经洗涤干燥后得到co3o4前驱体，对所述co3o4前驱体进行热处理，得到co3o4/feco2o4/nf。

7、将co3o4/feco2o4/nf在硫代乙酰胺溶液中进行硫化处理，得到co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料。

8、在本发明优选的实施方式中，所述可溶性铁盐为fecl2·4h2o，可溶性钴盐为cocl2·6h2o。

9、在本发明优选的实施方式中，反应液一中，fecl2·4h2o、cocl2·6h2o、尿素和nh4f的摩尔比为1:2:8:6，所述可溶性铁盐的质量与水的体积比为0.199g：34ml。

10、在本发明优选的实施方式中，所述水热反应温度为110～150℃，水热反应时间为7～9h。

11、在本发明优选的实施方式中，所述硫化处理温度为160℃，硫化处理时间为10～14h。

12、在本发明优选的实施方式中，feco2o4/nf前驱体co3o4前驱体热处理温度均为300～400℃，热处理时间均为2～4h。

13、在本发明优选的实施方式中，反应液二中，cocl2·6h2o、nh4f和尿素的摩尔比为1:1:6，cocl2·6h2o的质量与水的体积比为0.238g：17ml。

14、本发明的另一个目的是提供一种上述任一项所述的制备方法制得的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料。

15、本发明的第三个目的是提供一种上述所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料在电催化产氢电极材料中的应用。

16、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

17、1、本发明利用co3s4和feco2s4的尖晶石结构和优异性能，通过水热法、热处理和硫化方法将fecl2·4h2o、cocl2·6h2o、尿素、nh4f和硫代乙酰胺在泡沫镍上制备成co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料，构建一种高性能的新型电催化产氢纳米复合材料。

18、2、本发明首先采用水热法，将fecl2·4h2o、cocl2·6h2o、尿素、nh4f制备成反应液，再在泡沫镍上合成feco2o4/nf前驱体，然后将该前驱体加热制备feco2o4/nf基体，将feco2o4/nf基体加入到反应液中在不同反应温度和反应时间下进行水热反应，在feco2o4/nf基体上制备co3o4的前驱体，进行加热反应，得到co3o4/feco2o4/nf，最后将co3o4/feco2o4/nf在硫代乙酰胺溶液中进行水热反应，得到co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料，将该复合材料作为电催化产氢的电极材料，在三电极体系和双电极体系中进行电催化产氢性能测试，有利于拓展co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料在电催化产氢领域的应用。

19、3、co3s4和feco2s4都是尖晶石结构材料，在电极充放电过程中具有良好的循环性能，而且具有成本低、环境友好、电化学耐久性和高催化活性的优异性质，将这两种材料复合，发挥他们各自的优势，有效地调节两种材料的界面，使其具有更高效的电催化产氢性能，在典型的aco2s4(a＝co，fe)尖晶石结构氧化物，32个氧原子紧密堆积成四面体结构和八面体结构，a为+2价，占据氧四面体空隙，而co为+3价，占据硫八面体空隙，能够为电催化产氢反应提供丰富的活性位点，将co3s4和feco2s4复合，构筑纳米复合材料，能够充分利用两者的优点，使其在电催化产氢反应过程中协同提高纳米复合材料电催化产氢性能。

20、4、本发明将co3s4和feco2s4纳米材料复合，采用较为简单的水热法、热处理和硫化的方法，制备过程容易实现，能够较好的调控co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的结构和界面，通过不断优化界面结构，能够充分利用co3s4和feco2s4之间的协同作用，二者复合后，比表面积增大，能够为电化学反应提供更多的活性位点，较大幅度的提高co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的电催化产氢性能，有效解决电催化产氢材料活性较低的问题。

技术特征：

1.一种co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性铁盐为fecl2·4h2o，可溶性钴盐为cocl2·6h2o。

3.根据权利要求2所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，其特征在于，反应液一中，fecl2·4h2o、cocl2·6h2o、尿素和nh4f的摩尔比为1:2:8:6，所述fecl2·4h2o的质量与水的体积比为0.199g：34ml。

4.根据权利要求1所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应温度为110～150℃，水热反应时间为7～9h。

5.根据权利要求1所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述硫化处理温度为160℃，硫化处理时间为10～14h。

6.根据权利要求1所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，其特征在于，feco2o4/nf前驱体co3o4前驱体热处理温度均为300～400℃，热处理时间均为2～4h。

7.根据权利要求2所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料的制备方法，其特征在于，反应液二中，cocl2·6h2o、nh4f和尿素的摩尔比为1:1:6，cocl2·6h2o的质量与水的体积比为0.238g：17ml。

8.一种权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料。

9.一种权利要求8所述的co3s4/feco2s4/nf纳米复合材料在电催化产氢电极材料中的应用。

技术总结本发明涉及电催化产氢材料领域，具体涉及一种Co<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;/FeCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;/NF纳米复合材料及其制备方法和应用，本发明采用硫化的方法，将生长在泡沫镍上的Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/FeCo<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;硫化，将氧化物转化成对应的硫化物，通过优化制备过程的工艺参数，可以有效地调控Co<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;/FeCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;/NF纳米复合材料的结构和界面，将该复合材料作为电催化产氢的电极材料，在三电极体系和双电极体系中进行电催化产氢性能测试，有利于拓展Co<subgt;3</subgt;S<subgt;4</subgt;/FeCo<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;/NF纳米复合材料在电催化产氢领域的应用。技术研发人员：范金成,温旭元,黄婷,谭子聪,刘海欧受保护的技术使用者：长沙理工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17