一种多相硫化镍/泡沫镍复合材料及其制备方法

本发明属于电催化材料及其制备，具体涉及一种多相硫化镍/泡沫镍复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、在广泛使用的绿色能源中，氢气因其零二氧化碳排放和高能量密度被认为是最有希望替代有限化石燃料的能源。电催化分解水是一种可靠且环保的制氢途径。然而，用于析氢反应的铂及其合金电催化剂大多价格昂贵，限制了裂解水制氢的大量生产。因此，需要设计活性高、价格低、稳定性好的催化剂应用于电催化析氢反应。硫化镍由于其独特的电子结构、优异的导电性和析氢活性，近年来受到广泛关注。然而，这类催化剂存在本征催化活性低和催化位点数量少等问题，阻碍了其进一步应用。此外，与简单的金属掺杂或单界面调控策略相比，具有界面设计的多相催化剂可能具有更广泛的电子调控和更多的暴露活性位点。

2、多相硫化镍复合材料是指同时具有多种nixsy晶相的催化剂材料，现有文献中，论文《硫化镍基电解水催化剂的性能研究》提出了一种ni3s2/ni7s6/nis/nf复合材料，该材料使用水热法，由硫脲水溶液与泡沫镍在180℃条件下反应而得。在电流密度为10ma cm-2时，材料的最小过电位为148mv，该材料还存在过电位较高、催化活性较低等问题；《镍基留属自支撑电极的制备及其电解水析氢性能的研究》中提出了一种nis2/ni3s2/nis/nf复合材料，该材料由泡沫镍和升华硫在管式炉中高温反应制得，在电流密度为20ma cm-2时最小过电位为143mv，制备该材料的反应温度高达500℃，耗能较高。

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多相硫化镍/泡沫镍复合材料及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种多相硫化镍/泡沫镍复合材料的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将聚乙二醇-200和硫脲混合后加热至70-80℃，形成低共熔溶剂；

5、(2)将经过超声处理的泡沫镍与低共熔溶剂混合反应，反应结束自然冷却至室温；取出泡沫镍，冲洗干燥，得到多相硫化镍/泡沫镍复合材料。

6、本发明使用的低共熔溶剂存在大量的氢键网络，比较稳定，所以更难释放硫，有利于控制形貌均一。聚乙二醇的分子量越高，所含碳越多，会导致更多的碳包覆在材料表面，降低材料表面积和活性物质的暴露度，从而产生更加突出的失活现象，因此优选聚乙二醇-200作为低共熔溶剂的原料。

7、优选的，步骤(1)中，干燥的温度为60-70℃。

8、优选的，步骤(1)中，乙二醇-200与硫脲的摩尔比为(1-2):1。

9、优选的，步骤(2)中，超声的方法为：先将泡沫镍放入丙酮超声10min，再放入3mhcl溶液中超声清洗10min，最后放入无水乙醇中超声10min。

10、优选的，步骤(2)中，反应条件为：150-300℃，12-24h。

11、优选的，步骤(2)中，干燥温度为：60-70℃，干燥时间为2-4h。

12、本发明的第二方面，提供上述方法制备的多相硫化镍/泡沫镍复合材料。

13、优选的，所述多相硫化镍/泡沫镍复合材料中包括nis、ni7s6和ni0.96s三种晶相。

14、本发明的多相硫化镍/泡沫镍复合材料以泡沫镍为基底，包括nis、ni7s6和ni0.96s三种晶相，即nis/ni7s6/ni0.96s/nf。

15、本发明的第三方面，提供上述多相硫化镍/泡沫镍复合材料在电催化析氢反应中的应用。

16、本发明的有益效果：

17、(1)本发明制得的多相硫化镍nis/ni7s6/ni0.96s/nf具有优异的析氢性能，在电流密度为10ma cm-2的条件下能够降低至74，且材料的形貌均匀规整，表面积大，暴露出了较多的催化位点。

18、(2)本发明采用低共熔溶剂制备硫化镍催化材料，低共熔溶剂由于存在大量的氢键网络，比较稳定，所以更难释放硫，有利于控制形貌均一。

19、(3)本发明所述制备方法操作简单，制备成本低，易工业化生产，所得多相硫化镍/泡沫镍复合材料形貌规整，具有较好的晶型。

技术特征：

1.一种多相硫化镍/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的多相硫化镍/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，聚乙二醇-200与硫脲的摩尔比为(1-2):1。

3.根据权利要求1所述的多相硫化镍/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，超声处理的步骤为：先将泡沫镍放入丙酮超声10min，再放入3m hcl溶液中超声清洗10min，最后放入无水乙醇中超声10min，取出泡沫镍干燥备用。

4.根据权利要求1所述的多相硫化镍/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，反应条件为：150-300℃，12-24h。

5.根据权利要求1所述的多相硫化镍/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，干燥温度为：60-70℃，干燥时间为2-4h。

6.一种权利要求1-5任意一项制备方法制备的多相硫化镍/泡沫镍复合材料。

7.根据权利要求6所述的多相硫化镍/泡沫镍复合材料，其特征在于，所述多相硫化镍/泡沫镍复合材料中包括nis、ni7s6和ni0.96s三种晶相。

8.权利要求6所述的多相硫化镍/泡沫镍复合材料在电催化析氢反应中的应用。

技术总结本发明公开了一种多相硫化镍/泡沫镍复合材料及其制备方法，属于电催化材料及其制备技术领域。包括如下步骤：将聚乙二醇‑200和硫脲混合后加热至70‑80℃，形成低共熔溶剂；将经过超声处理的泡沫镍与低共熔溶剂混合反应，反应结束后自然冷却至室温；取出泡沫镍，冲洗后干燥，得到多相硫化镍/泡沫镍复合材料。本发明所述制备方法操作简单，制备成本低，易工业化生产，所得多相硫化镍/泡沫镍复合材料形貌规整，具有较好的晶型。技术研发人员：邢苗苗,林宇辰,吕淑华,张德亮,牟红宇受保护的技术使用者：齐鲁理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/20