[发明专利]一种Co@NiSx-CNT电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种Co@NiSx‑CNT电极材料及其制备方法与应用，制备方法为：将钴源、镍源、硫源及N,N‑二甲基甲酰胺混合均匀得到混合液，之后加入碳纳米管，混合均匀后得到反应液；将反应液进行高温水热反应，经后处理即得到Co@NiSx‑CNT电极材料，该电极材料应用在电催化析氢反应中。与现有技术相比，本发明Co@NiSx‑CNT电极材料的合成过程简便且安全，通过将材料负载在碳纳米管上增加了材料的比表面积，解决了硫化物表面暴露的活性位点不足的问题，提高了材料的电化学性能。

技术领域

本发明属于氢能源技术领域，涉及一种Co@NiSx-CNT电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

氢气可作为一种经济燃料，应用在为车辆或电气设备提供动力的电化学电池中。氢燃料的生产引起了人们对于氢释放反应(HER)的有效电催化剂的广泛研究。研究人员研究发现，使用地球上廉价的二元金属硫化物、氮化物、硼化物和磷化物代替贵金属Pt作为HER电催化剂具有可能性。对于自然界中的氢化酶系统，已证明在扭曲的八面体连接壳中具有五个永久配体的金属硫簇是HER的活性位点。研究人员已经进行了许多努力来合成无机金属硫配合物和固体以产生活性位点的类似模拟物。例如，已经证明，由于MoS₂表面的活性边缘，负载在Au、石墨烯和碳材料上的MoS₂纳米结构表现出高HER催化活性。据报道，钨、钴、镍和铁的其他过渡金属硫化物也对HER具有催化活性。然而，要理解催化活性和改善催化剂合成，还有许多工作要做。

用额外的金属原子掺杂金属催化剂是增强电催化剂活性的重要方法。在HER中，催化能力对氢的吸附能量和氢逸出路径的动能势垒有很强的依赖性，氢的吸附能和动能垒可能因暴露于催化剂表面的原子或晶相的类型而异。一些研究表明，通过掺杂其他过渡金属可提高金属硫化物的HER活性，但目前仍未取得较好的效果。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的过渡金属硫化物催化析氢问题，而提供一种Co@NiSx-CNT电极材料及其一步水热法制备方法，以及在酸、碱性溶液电催化析氢方面的应用。电极材料的原材料均可购买得到，且无易制爆易制毒药物。通过掺杂金属原子来改变过渡金属硫化物的电子结构和电化学性能，优化氢吸附能并增强HER催化活性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种Co@NiSx-CNT电极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将钴源、镍源、硫源及N,N-二甲基甲酰胺混合均匀得到混合液，之后加入碳纳米管，混合均匀后得到反应液；

2)将反应液进行高温水热反应，经后处理即得到Co@NiSx-CNT电极材料。

进一步地，步骤1)中，所述的钴源为乙酸钴，所述的镍源为乙酸镍，所述的硫源为硫代乙酰胺；

所述的乙酸钴与乙酸镍的摩尔比为1:(1-10)；

所述的乙酸钴及乙酸镍的总摩尔量与硫代乙酰胺的摩尔量之比为1:(3-8)；

所述的乙酸钴及乙酸镍的总摩尔量与N,N-二甲基甲酰胺的体积之比为1mmol:(5-20)mL；

所述的乙酸钴及乙酸镍的总摩尔量与碳纳米管的质量之比为1mmol:(2-8)mg。

进一步地，步骤1)中，所述的钴源、镍源、硫源及N,N-二甲基甲酰胺采用超声混合，该超声混合的混合时间为5-30min。

进一步地，步骤1)中，所述的碳纳米管与混合液采用超声混合，该超声混合的混合时间为2-10min。

进一步地，步骤2)中，所述的高温水热反应中，反应温度为120-200℃，反应时间为6-20h。