[发明专利]一种一步电沉积制备金属硫化物/金属电催化剂的普适性方法

说明书

本发明是一种一步电沉积制备过渡金属硫化物/金属电催化剂的普适性方法，该一步电沉积制备过渡金属硫化物/金属电催化剂的普适性方法是：以硫脲(CH₄N₂S)为硫源，分别以乙酸镍(Ni(CH₃COO)₂·4H₂O)、乙酸钴(Co(CH₃COO)₂·4H₂O)和硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)为金属源，加入氯化铵(NH₄Cl)，配成电解液，通过恒电流电沉积即可获得相应的金属硫化物/金属电催化剂。本发明制备的金属硫化物/金属电催化剂由直径为90～100nm的纳米颗粒组成，具有优异的电催化析氢性能和循环稳定性。本发明制备的金属硫化物/金属电催化剂具有成本低，尺寸均一、重复性好、可大规模制备、普适性的特点。

技术领域：

本发明属于过渡金属表面修饰金属硫化物纳米颗粒复合材料的制备及其电催化析氢应用技术领域，特别是提供了一种一步电沉积制备过渡金属硫化物/金属电催化剂的普适性方法。

背景技术：

电解水制氢是一种利用可再生、来源丰富的水资源来可持续获得氢气的经济有前景的方法。然而反应过程中存在的过电位大大限制了电解的效率。为了降低过电位并促进水分解，电催化剂应运而生。其中，贵金属Pt基材料因其具有优异的催化性能成为目前使用最多的电催化析氢催化剂，但高昂的价格和有限的储量使它不适于大规模工业应用。因此，发展高效稳定成本低廉的非贵金属催化剂迫在眉睫。

近年来，过渡金属硫化物作为一种替代贵金属催化剂的活性材料，受到了广泛的关注。然而，由于其本身活性和暴露的活性位点有限，抑制了它在碱性条件下的催化活性。为了解决这一问题，在已有的研究基础上，发展过渡金属硫化物与金属的复合材料，是一个提高催化活性的有效手段。两个组分的复合可以有效的调节材料内部的电子结构并优化对于产氢中间体的吸附能，从而优化电催化析氢性能。

目前，关于通过电沉积法来制备合金材料已被广泛的研究，如专利CN103243356A公开了铁-镍-钴-钼合金箔的电沉积合成方法；专利CN103590078A公开了一种制备Mg-Ni-Al合金薄膜的方法。此外，构建金属/金属半导体复合材料的方法也已报道很多，如《道尔顿汇刊》(2017年，46卷，10700页)公开报道了通过两步水热法合成Ni/Ni₃S₂的方法；《自然通讯》(2014年，5卷，4695页)公开报道了利用高温煅烧法合成NiO/Ni-CNT。但这些方法大多需要通过两步甚至多步反应来实现复合材料的构筑，操作繁琐，制备时间相对较长且能耗较高。通过简单的一步电沉积制备具有优异电催化析氢性能的金属硫化物/金属电催化剂的普适性方法至今还没有被报道。

发明内容:

本发明的目的在于提供一种金属硫化物/金属电催化剂体系及其简便的一步电沉积制备方法，以提高电化学析氢反应的催化活性并且减少对贵金属催化剂的使用。

本发明的技术方案是通过如下方式实现的：以硫脲(CH₄N₂S)为硫源，分别以乙酸镍(Ni(CH₃COO)₂·4H₂O)、乙酸钴(Co(CH₃COO)₂·4H₂O)和硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)为金属源，加入氯化铵(NH₄Cl)，配成电解液，通过电沉积方法制备得到相应的金属硫化物/金属电催化剂。

在上述的一种一步电沉积制备金属硫化物/金属电催化剂的普适性方法中，在所述的电沉积方法中，采用的电流是恒电流。

在上述的一种一步电沉积制备金属硫化物/金属电催化剂的普适性方法中，包含以下步骤：

⑴泡沫镍基底的前期处理：