[发明专利]一种高效分解水产氢产氧的电催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化分解水产氢产氧领域，具体涉及一种高效分解水产氢产氧的电催化剂及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，不可再生能源的大量消耗，能源危机日益严重；氢气作为一种可再生的清洁能源，被认为未来应对能源紧缺问题最有效的能源；全分解水产氢是一种简单环保、优异的化学储能方式，而有效的电催化剂可以提升全分解水中产氢和产氧的性能。

电催化剂在全分解水过程中起着至关重要的作用，可以加速两个半反应：析氢（HER）和析氧（OER）的反应速率。目前具有优良性能的主要电催化剂材料为Pt，Ru，Ir等贵金属及其氧化物，但是由于这些催化剂价格昂贵、含量稀少、易被毒化的原因，限制了其在电解水领域的进一步应用，因此发展一种高效的非贵金属的电催化剂具有重要的研究意义。

过渡族金属氧化物和硫化物，如Co₃O₄, NiO,CoS₂, NiS₂具有尖晶石或者黄铁矿结构，是常见的析氢催化剂，但由于其低的导电性和低电子传输速率，限制了其在OER和HER全分解水方面的应用。现如今报道的关于双功能电解水的催化剂主要有NiFe-LDH，NiCo₂S₄纳米线，Co-P化合物等，均具有良好的催化性能，但是一种催化剂要同时满足低过电位、高稳定性的要求依然是一个难题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种利用砷化镓太阳能电池驱动并高效分解水产氢产氧的电催化剂。该催化剂具有优异的析氢析氧性能，过电位和Tafel斜率相对较低，稳定性良好，在砷化镓太阳能电池的驱动下，双电极具有大量的气泡冒出，从而提升了光直接转氢的效率，且制备方法简单方便，成本低廉，可便于大量生产。

本发明提供如下的技术方案：一种高效分解水产氢产氧的电催化剂，该催化剂为厚度为70-80nm 的NiCo₂S₄ 纳米片，所述NiCo₂S₄ 纳米片具有多孔结构。

本发明的另一目的是提供上述高效分解水产氢产氧的电催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1）将二价镍盐和二价钴盐与六次甲基四胺按照一定比例混合，再加入的甲醇溶液中搅拌均匀，得到混合溶液；

步骤2）将一定尺寸的Ni泡沫和步骤1）中完全溶解的溶液置于反应釜中，进行水热反应，得到前体产物；

步骤3）将步骤2）中得到的前体产物取出后，洗涤干燥；

步骤4）将前体产物与一定量的硫化溶液置于反应釜中，进行二次水热反应，即可得到产物催化剂。

进一步，所述步骤2）中的水热生长条件为170-190℃，生长时间为8-12h.

进一步，所述步骤4）中的二次水热生长条件为140-160℃，生长时间为5-7h。

进一步，所述步骤1中的二价镍盐、二价钴盐和六次甲基四胺三者之间的比例为1:2:4。

进一步，所述步骤4中的硫化溶液为浓度为200-300mg/l的硫代乙酰胺溶液。

进一步，所述催化剂具有优异的析氢析氧性能，过电位和Tafel斜率相对较低，稳定性良好，在砷化镓太阳能电池的驱动下，双电极具有大量的气泡冒出，从而提升了光直接转氢的效率。

优选的，步骤1）中二价镍盐和二价钴盐分别为Co(NO₃)₂·6H₂O和Ni(NO₃)₂·6H₂O，并且两者的含量不同，Ni(NO₃)₂·6H₂O的含量分别为14.5mg、29mg、145mg、290mg、362.5mg，Co(NO₃)₂·6H₂O 的含量为29mg、58mg、290mg、580mg、725mg，六次甲基四胺的含量分别为60mg、120mg、600mg、1200mg、1500mg。

优选的，步骤2）中水热反应的条件为180℃，反应10h。

优选的，步骤3）中得到的前体产物为NiCo-LDH，具有水滑石结构，具有不同厚度的片状结构。

优选的，步骤4）中二次水热反应的条件为150℃，反应6h。