[发明专利]一种钒修饰的Ni3S2纳米棒阵列电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钒修饰的Ni₃S₂纳米棒阵列电极材料，具有颗粒自组装成的鳞状的表面形貌。制备方法为：将金属镍浸泡在含有钒源、硫源、氟化铵的悬浊液中，进行溶剂热反应；然后，将溶剂热反应产物进行煅烧，得到纳米棒状的钒修饰的Ni₃S₂电极材料。其中，钒源为乙酰丙酮氧钒、偏钒酸钠、钒酸钠、十二水合钒酸钠、偏钒酸铵、或五氧化二钒；硫源为硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠、二乙基硫代氨基甲酸钠、或硫单质。颗粒自组装的纳米棒结构，次级单元的存在有效增加了材料的催化活性位点，相比于块状催化剂，有效降低了材料的电阻，可作为一种优异的电催化产氧电催化剂。

技术领域

本发明属于电解水催化领域，具体涉及一种钒修饰的Ni₃S₂纳米棒阵列电极材料及其制备方法。

背景技术

电催化水裂解制氢技术是一门新兴技术，满足了人们当前对能源的渴求。解决了当前存在的能源危机与环境污染问题。而在电解水过程中，水氧化是水分解过程中的控速步骤，制约着水裂解的整个过程，因而寻求一种高效水裂解产氧电催化剂是提高水裂解效率的核心，具有重要的研究意义。

目前，过渡金属铁、钴、镍基材料，由于其储量大以及自身导电性高，表现出了优异的电催化活性，受到了人们的广泛关注。其中，Ni₃S₂材料由于本身的优异特性受到了广泛研究。目前报道的已制备出的Ni₃S₂材料形貌包括片状、花型、棒状等。

中国发明公告专利第201310320738.1号公开了一种电解水产氧复合催化电极及其制备方法，采用水热的方法制备出了具有棒状的Ni(OH)₂/ Ni₃S₂复合电极，但材料过电势较大，无法在大电流条件下使用，催化活性较差。中国发明公告专利第201610252105.5号公开了一种阵列型二硫化三镍-碳纳米管复合电极及其制备方法和应用，先用水热法进行反应，再热处理的方法得到一种阵列型二硫化三镍-碳纳米管复合电极材料，反应周期长，反应条件苛刻，且成本大。

而钒由于其自身的可变价态，在钠离子电池及催化材料制备中有广泛的应用，而将钒基材料与Ni₃S₂材料复合方面的研究较少，因此研究一种具有成本低廉、催化活性高且制备工艺简单的钒修饰的Ni₃S₂电极材料具有重大意义。

发明内容

本专利针对上述材料的不足，提出一种钒修饰的Ni₃S₂纳米棒阵列电极材料，制备工艺简单、反应温和且成本低廉。颗粒自组装成的纳米棒电极材料，暴露更多的催化活性位点，有效地提高了在碱性电解液中的电解水析氧性能。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

（1）将金属镍依次浸入到丙酮、盐酸以及水和乙醇中超声清洗，随后真空干燥，盐酸浓度为1~5 mol/L；

（2）将一定量的钒源、硫源溶解于一定体积的溶剂中，钒源与硫源摩尔比为1:（1~6），使得的钒源浓度为2~20mM，搅拌3~60min，得到悬浊液A；

（3）在悬浊A中加入一定量的氟化铵，搅拌1~2 h，得到溶液B，氟化铵的用量为0.001~0.06g；

（4）将搅拌好的溶液B以及步骤（1）中处理好的金属镍，装入高压反应釜中，然后置于烘箱中进行溶剂热反应；

（5）待反应结束后，将反应釜在室温下进行冷却，产物用去离子水和乙醇冲洗数次，然后进行真空干燥；

（6）产物在真空状态下管式炉中进行煅烧，得到纳米棒状的钒修饰的Ni₃S₂电极材料。

步骤（1）所述的金属镍为泡沫镍或者镍网。