本發(fā)明涉及新能源電催化材料，尤其涉及一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氫能是一種高燃燒熱值的清潔能源，被認(rèn)為是化石燃料的一種很有前途的替代品，有望用來滿足日益增長的全球能源需求。通過電催化水分解制氫技術(shù)耦合可再生太陽能、風(fēng)能和水力發(fā)電被認(rèn)為是一種生產(chǎn)“綠氫”的可持續(xù)方式。貴金屬鉑基電催化材料雖然具有高電催化析氫活性，但高成本和稀缺性阻礙了電解水制氫技術(shù)的廣泛工業(yè)應(yīng)用。因此，開發(fā)低成本、長期穩(wěn)定的電催化析氫催化材料取代鉑基材料，對于可持續(xù)和可擴(kuò)展的電解水制氫生產(chǎn)具有重要意義。

2、近年來，由于鎳基催化劑具有活性高且電子結(jié)構(gòu)可調(diào)的優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電催化析氫領(lǐng)域，包括硫化鎳、氮化鎳、硒化鎳、氧化鎳和磷化鎳等。其中，硫化鎳基催化劑由于其豐富的晶體結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)，被認(rèn)為是有前景的析氫電催化劑。如公開號為cn108823597a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種氮摻雜的硫化鎳析氫催化劑的制備方法，該方法以泡沫鎳為基底，硫脲作為硫源和氮源，通過一步退火法合成的氮摻雜的硫化鎳電催化劑，顯著改變了ni3s2的形態(tài)和電子結(jié)構(gòu)，暴露了更多的表面活性位點(diǎn)，增加導(dǎo)電率，增強(qiáng)了析氫反應(yīng)活性。如公開號為cn116043270a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種微孔硫化鎳復(fù)合氫氧化鎳納米陣列析氫電極的制備方法，該方法通過泡沫鎳負(fù)載的氫氧化鎳納米片陣列為前驅(qū)體，將其與巰基乙醇進(jìn)行水熱反應(yīng)，再通過電化學(xué)原位還原制備得到了ni3s2/ni(oh)x/nf，具有優(yōu)異的電催化析氫活性。

3、盡管相關(guān)研究取得了一定進(jìn)展，但硫化鎳基催化劑的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控的研究仍然較為有限，導(dǎo)致其析氫活性仍然與鉑基貴金屬催化劑有較大距離。

4、針對上述問題，本發(fā)明文件提出了一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法及其應(yīng)用，用于解決上述提出的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法及其應(yīng)用，解決了現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)。

2、本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

3、一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4、s1、將鎳鹽、2,5-噻吩二羧酸溶解于去離子水、乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶劑中，得到前驅(qū)體溶液；

5、s2、將石墨基底放置于步驟s1所得的前驅(qū)體溶液中進(jìn)行一步水熱反應(yīng)，再經(jīng)過洗滌、干燥處理后得到含硫鎳基金屬有機(jī)框架納米片前驅(qū)體。

6、s3、將步驟s2得到的前驅(qū)體經(jīng)過高溫?zé)峤?、酸洗、干燥得到所述富缺陷硫化鎳?fù)載多孔碳納米片電極材料。

7、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述前驅(qū)體溶液中鎳鹽的質(zhì)量濃度為4～8g/l。

8、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述前驅(qū)體溶液中2,5-噻吩二羧酸的質(zhì)量濃度為5～9g/l。

9、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為120～180℃，反應(yīng)時(shí)間為1～5h。

10、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述高溫?zé)峤獾臏囟葹?00～800℃，熱解時(shí)間為1～3h。

11、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述酸洗是采用酸性溶液刻蝕，酸性溶液為鹽酸或硫酸，摩爾濃度為1～3m，刻蝕時(shí)間為24～48h。

12、一種如以上所述的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的應(yīng)用，其特征在于：所述的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料作為工作電極在堿性電解液中電催化水分解析氫反應(yīng)的應(yīng)用。

13、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本發(fā)明。

14、本發(fā)明中的有益效果為：

15、(1)本發(fā)明提供的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料在堿性電解液中電解水析氫兼具高效的電催化活性和穩(wěn)定性，如在電流密度達(dá)到1000ma?cm-2時(shí)，其陰極過電勢僅為415mv左右，且能夠維持24h沒有明顯的電勢衰減，為進(jìn)一步提高氫能開發(fā)和利用提供了可能性；

16、(2)本發(fā)明提供的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料具有微觀二維多孔納米片陣列形貌，能暴露更多地反應(yīng)活性位點(diǎn)，增強(qiáng)傳質(zhì)，減小催化反應(yīng)阻力，有利于電催化析氫反應(yīng)的進(jìn)行；

17、(3)本發(fā)明提供的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料，通過硫缺陷的調(diào)制，優(yōu)化了硫化鎳材料的電子結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生豐富的缺陷配位鎳位點(diǎn)，加速質(zhì)子耦合電子過程的水解離反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，最終提升材料電催化析氫的活性。

技術(shù)特征：

1.一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法，其特征在于：所述前驅(qū)體溶液中鎳鹽的質(zhì)量濃度為4～8g/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法，其特征在于：所述前驅(qū)體溶液中2,5-噻吩二羧酸的質(zhì)量濃度為5～9g/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法，其特征在于：所述水熱反應(yīng)的溫度為120～180℃，反應(yīng)時(shí)間為1～5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法，其特征在于：所述高溫?zé)峤獾臏囟葹?00～800℃，熱解時(shí)間為1～3h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法，其特征在于：所述酸洗是采用酸性溶液刻蝕，酸性溶液為鹽酸或硫酸，摩爾濃度為1～3m，刻蝕時(shí)間為24～48h。

7.一種如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的應(yīng)用，其特征在于：所述的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料作為工作電極在堿性電解液中電催化水分解析氫反應(yīng)的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于新能源電催化材料領(lǐng)域，尤其是一種富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料的制備方法及其應(yīng)用，針對現(xiàn)有硫化鎳基催化劑的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控的研究仍然較為有限，導(dǎo)致其析氫活性仍然與鉑基貴金屬催化劑有較大距離的問題，現(xiàn)提出如下方案，其包括S1將鎳鹽、2,5?噻吩二羧酸溶解于去離子水、乙醇和N,N?二甲基甲酰胺的混合溶劑中，得到前驅(qū)體溶液；S2將石墨基底放置于步驟S1所得的前驅(qū)體溶液中進(jìn)行一步水熱反應(yīng)。本發(fā)明還提供了上述制備方法制備得到的富缺陷硫化鎳負(fù)載多孔碳納米片電極材料在堿性電解液中電催化水分解析氫的應(yīng)用。該催化材料在堿性電解液中展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化析氫活性和良好的催化穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：程帆鵬,易群,于越,陳尚清,史利娟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15