[发明专利]一种双金属硫化物复合电催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种双金属硫化物复合电催化剂及其制备方法与应用，电催化剂包括泡沫镍基底以及生长在泡沫镍基底上的双金属硫化物，形成2D纳米结构，双金属硫化物为NiS/Co₉S₈；制备方法包括以下步骤：1)对泡沫镍进行预处理；2)将硫脲及Co(NO₃)₂·6H₂O溶于水中，之后加入预处理后的泡沫镍，并进行水热反应，后经冷却、洗涤、干燥，即得到双金属硫化物复合电催化剂；电催化剂用于电催化析氧或电催化析氢中。与现有技术相比，本发明中电催化剂制备过程简单、安全、廉价；电催化剂的催化活性高，反应能垒低，具有较多的活性位点，缩短了电子转移的路径；比表面积大，提高了电子转移效率，具有长时间的稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料制备和分解水制氢技术领域，涉及一种双金属硫化物复合电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着环境以及能源危机日益严峻，人们正不断寻求清洁且可持续的替代能源。氢气已被公认为是最理想的可再生能源。而电催化分解水制氢是目前为止最具有研究价值的方案之一。其中，析氧反应(OER)的效率是影响电催化分解水制氢的关键因素之一。由于OER是一种缓慢的反应，需要较高的电流密度才能驱动。目前已经证明，钌基催化剂(如RuO₂)和铱基催化剂(如IrO₂)等贵金属基电催化剂可有效促进电催化OER，被认为是高效的HER/ORR催化剂和OERC催化剂，但由于其价格昂贵和稀缺性从而限制了其应用。因此，需要开发高效的非贵金属电催化剂。

过渡金属硫化物被认为是最具潜力的电催化剂之一。Yang等(Yang,Y.；Yao,H.；Yu,Z.et al,Hierarchical Nanoassembly of MoS₂/Co₉S₈/Ni₃S₂/Ni as a HighlyEfficient Electrocatalyst for Overall Water Splitting in a Wide pHRange.J.Am.Chem.Soc.2019,141,10417.)在Ni₃S₂纳米棒上附着MoS₂和Co₉S₈纳米片制备了CoMoNiS电催化剂，发现三维复合材料具有丰富的活性位点，并且在活性和稳定性之间具有显着的平衡。Gao等(Gao,X.；Qi,J.；Wan,S.et al,Conductive Molybdenum Sulfide forEfficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution.Small 2018,14,1803361.)制备了一层或双层导电MoS₂，导电层的层间距扩展到约1nm，MoS₂具有较多的电催化活性位点，因此对电催化析氢反应活性很高。Wang等(Wang,J.；Liu,H.；Liu,Y.et al,Sulfur Bridgesbetween Co₉S₈ Nanoparticles and Carbon Nanotubes Enabling Robust OxygenElectrocatalysis.Carbon 2019,144,259)探索了碳纳米管和Co₉S₈纳米粒子之间形成的硫桥及其对电催化性能的影响，与通过物理混合制备的催化剂相比硫桥促进了从导电载体到活性物质的快速电子跳跃，从而显着提高了催化剂在电催化OER中的性能。

因此，过渡金属硫化物由于其价格低廉、环境友好且催化效果优异而备受关注，其中，双金属硫化物在催化过程中能够起到协同的作用，进而达到更好的催化效果。然而，目前很少有双金属硫化物复合电催化剂用于电催化析氧(OER)反应。