一种Ni3S2@CoFe-LDH核壳复合电催化剂及其制备方法

本发明适用于能源电催化材料制备，具体涉及ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、社会的快速发展导致了化石燃料过度消耗，导致环境问题日益严重，如酸雨和温室气体排放。因此，寻找清洁和可持续的能源解决方案变得尤为紧迫。氢被认为是一种理想的清洁能源，具有高能量密度、可储存性和无污染的特点。在能源领域，催化反应被广泛应用，因此开发不同的催化剂合成方法和评价体系。电催化水裂解是一种有效的绿色途径，但阳极析氧反应(oer)动力学较慢，需要更大的过电位和功耗，这对阴极析氢反应(her)和可持续发展不利。因此，急需寻找合适的电催化剂，以显著提高oer、her反应动力学，降低过电位，促进整体水裂解的实际应用。最高效的her和oer催化剂仍被认为是pt基材料和iro2材料，但由于其高成本和稀有性，限制了它们的实际商业应用。因此，研发高效、稳定且廉价的her和oer电催化剂来替代贵金属催化剂具有重要意义。

2、目前，镍基硫化物材料如ni3s2不仅在析氧反应中的应用，也展示出在析氢反应中的优异催化性能。ni3s2在水分解和氢气产生等氢还原反应方面显示出卓越的电催化活性和稳定性。然而其相对较低的稳定性。在长时间的使用和循环测试中，镍基硫化物材料可能会发生析出、脱落或结构变化，导致催化活性的下降，并且导电性相对较差，可能会限制其在某些高电流密度应用中的效率，在氢还原反应中也可能面临催化动力学限制。尽管其具有良好的催化活性，但在一些情况下，如高碱性条件下，反应速率可能较慢，需要进一步改进催化性能以满足实际应用需求。

3、因此，如何采取有效的策略对过渡金属硫化物材料进行改性，以提升材料的电催化活性是现阶段研究中存在的一个难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂及具制备方法，为了解决当前电解水技术成本高、难以大规模推广的问题，我们需要找到一种经济实用的解决方案。

2、需要说明的是，该方法以利用ni3s2纳米棒阵列作为核心材料，该材料具有高导电性和快速的电子传递能力；并且外部涂覆超薄的cofe-ldh纳米片作为her和oer的活性位点。此外，该材料采用三维纳米结构，具有松散的结构，有利于电解质离子的进入和气体的逸出。这些特征协同作用，使得该材料在电解水中表现出出色的性能表现。

3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)对泡沫镍进行预处理，去除表面氧化物及油污；

6、(2)将硫化钠和硝酸镍分别溶解在25ml去离子水中，慢慢摇动硫化钠溶液，倒入硝酸镍溶液中，得到初始混合溶液；

7、(3)将经过预处理的泡沫镍和所述初始混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中反应。反应结束后，经洗涤、真空干燥，水热反应后，取出黑色泡沫镍，用超纯水和乙醇彻底冲洗，室温干燥后得到ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的前驱体；

8、(4)将(3)中所得到的生长有ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的前驱体，在由硝酸镍、硫酸亚铁和去离子水的混合液中，进行电沉积反应；

9、(5)将所述反应产物洗涤、真空干燥，即可得ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂。

10、优选的，步骤(1)中预处理方式方式为：将2cm×3cm的泡沫镍依次依次用盐酸、无水乙醇、丙酮和去离子水浸泡泡沫镍超声分别超声清洗15分钟，然后真空干燥箱中干燥6～8h。

11、优选的，步骤(2)中所述的硫化钠在去离子水中的浓度为0.13-0.15mol/l，硝酸镍在去离子水中的浓度为0.082mol/l。

12、优选的，步骤(3)中所述的反应温度为110～130℃，反应时间为7～9h。

13、优选的，步骤(4)中所述的电沉积混合液中硝酸镍在去离子水中的浓度为0.15mol/l，硫酸亚铁在去离子水中的浓度为0.15mol/l。制备电沉积过程是在三电极系统下进行的。以ni3s2催化剂作为工作电极，对电极为石墨棒。同时，参比电极为hg/hgo电极。电沉积电位为-1.0v，时间为5～25s。

14、优选的，步骤(3)及步骤(5)中所述的真空干燥温度为60℃，干燥时间为8h。

15、所述电催化装置是在三电极系统下进行的，包括工作电极、对电极、参比电极和电解液；其中，以ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂作为工作电极，对电极为石墨棒，参比电极为hg/hgo电极，电解液为koh溶液；且所述电极片的大小为2～3cm×2～3cm。

16、与现有技术相比，本发明公开的一种ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂及其制备方法，具有如下有益效果：

17、(1)本发明通过简单的水热和电沉积法合成，制备方法简单、易于实施、适合工业化生产；

18、(2)本发明可通过调节电沉积时间有效调控催化剂的形貌，从而优化催化剂的催化活性，提高催化剂的稳定性。

技术特征：

1.一种ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中预处理方式方式为：将2cm×4cm的泡沫镍依次依次用盐酸、去离子水和无水乙醇分别超声清洗15分钟，然后于真空干燥箱中干燥6～8h。

3.根据权利要求1所述的ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的硫化钠在去离子水中的浓度为0.13mol/l，硝酸镍在去离子水中的浓度为0.082mol/l。

4.根据权利要求1所述的ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的反应温度为120～150℃，反应时间为8～10h。

5.根据权利要求1所述的ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的电沉积混合液中硝酸镍在去离子水中的浓度为0.15mol/l，硫酸亚铁在去离子水中的浓度为0.15mol/l；制备电沉积过程是在三电极系统下进行的，以ni3s2@cofe-ldh催化剂作为工作电极，对电极为石墨棒，参比电极为hg/hgo电极；电沉积电位为-1.0v，电沉积时间为5～25s。

6.根据权利要求1所述的ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)及步骤(5)中所述的真空干燥温度为60℃，干燥时间为8h。

7.一种权利要求1所述或如1～6所述的ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂在电解水析氢析氧中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述电催水装置是在三电极系统下进行的，包括工作电极、对电极、参比电极和电解液；其中，以ni3s2@cofe-ldh核壳复合电催化剂作为工作电极，对电极为石墨棒，参比电极为hg/hgo电极，电解液为koh溶液；且所述电极片的大小为2～3cm×2～3cm。

技术总结本发明涉及电解水催化技术领域，具体涉及一种Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;@CoFe‑LDH核壳复合电催化剂及其制备方法。本发明通过水热和电沉积两步法在泡沫镍上制备得到了Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;@CoFe‑LDH非贵金属纳米核壳复合电催化剂。其独特的三维核壳结构，保证了电荷的快速转移，暴露了更多的活性位点，有利于电解质的扩散和气体的释放，同时也使得催化剂具有催化活性高、稳定性高的优点。此外，本发明克服了传统电催化剂价格昂贵，能耗高的缺点，并且在碱性环境下达到10mA cm<supgt;2</supgt;的电流密度时，HER和OER的过电位分别为83mV和222mV，在电解水制氢、制氧方面具有良好的应用前景。技术研发人员：刘龙龙,张华明,李蓉受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29