[发明专利]硫化钴/层状双金属氢氧化物复合电催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及硫化钴/层状双金属氢氧化物复合电催化剂及其制备方法，属于电催化剂技术领域。本发明以稳定性好、导电性好的Co₉S₈/NF为前躯体，通过复合的方式在其表面负载比表面积高、组分均匀分布的纳米片，制备硫化钴/镍铁层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合电催化剂。制备的材料可用于电催化析氢析氧，并表现出良好的电催化性能，对硫化钴/层状双金属氢氧化物复合电催化剂及制备及其应用发展具有重要意义，在电催化析氢析氧方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及硫化钴/层状双金属氢氧化物复合电催化剂及其制备方法，属于电催化剂技术领域。

背景技术

近年来，人类发展面临着严峻的能源危机与环境污染问题，通过电解水制备氢气和氧气能有效的缓解当前危机。全分解水是目前的研究热点，包括析氢反应和析氧反应两部分。然而，由于析氧反应的动力学缓慢，严重制约了电解水效率，因此寻求一种高效的析氧电催化剂成为提高全分解水效率的关键。目前活性最高的析氧电催化剂是IrO₂和RuO₂，但由于贵金属材料资源稀缺、价格过高，不利于大规模生产。因此，迫切需要研发出高效、稳定且实用价值较高的非贵金属催化剂来替代贵金属催化剂。由于过渡金属价格相对低廉而且其氢氧化物具有良好的电催化性能，因而受到广泛的关注。

过渡金属硫化物(Co₉S₈)因其优异的电化学性能、高导电性和复杂的结构而被广泛地用作电极材料，由于其独特的能带结构，一直是催化剂材料的研究热点。层状双金属氢氧化物(LDH)也称为类水滑石化合物，它的基本结构是由带正电的片层和与之电荷平衡的层间阴离子组成的三明治堆积结构。层状双金属氢氧化物具有独特的物理和化学性能，由于其特殊的层状结构和灵活可变的化学组成，因而LDH一直是催化剂材料的研究热点。作为一种典型的LDH化合物，镍铁双金属氢氧化物(NiFe-LDH)纳米阵列结构比表面积大、活性位点多，有利于电荷传输。之前已经有一些利用水热法制备层状双金属氢氧化物的相关专利，但都存在着导电性能差的致命缺点。为了解决这一问题，本发明以泡沫镍(NF)为基底，通过电化学沉积的方法，将NiFe-LDH纳米片包覆在Co₉S₈表面来构筑核壳结构的复合电极材料，可以显著提高整个体系的导电性能、增大比表面积、增加表面活性位点，从而提高材料的电催化性能。本发明提供了一种新的解决层状双金属氢氧化物导电性能差的方案。目前，还未见Co₉S₈@LDH/NF复合电极材料的制备及其电催化分解水应用方面的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一个高效电催化分解水的硫化钴/层状双金属氢氧化物复合结构电催化剂。该发明制备的电催化剂以泡沫镍为基底，原位生长Co₉S₈@LDH/NF复合结构，具有导电性好、活性位点多等优势，可以大大降低过电位，显著提高电催化剂分解水的效率。因此，本发明针对现有电催化剂存在的问题,以降低催化剂成本、优化催化剂结构、提高催化性能为目的，提供一种高效的Co₉S₈@LDH/NF复合电催化剂的制备方法，其方法工艺流程简单、绿色环保、有望大量生产。

本发明通过以下步骤实现：

(1)预处理泡沫镍(NF)：将NF(1×1cm)放入稀盐酸中浸泡以去除表面的氧化镍层，最后分别用无水乙醇、丙酮超声洗涤，并烘干备用。