[发明专利]一种电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提出一种电极材料及其制备方法和应用，属于电催化材料技术领域。所述电极材料为N掺杂NiMoS₄形成纳米线垂直生长在导电基底上。本发明所述电极材料主要用于电解水反应中，采用简单、易操作、低能耗的水热合成法即得低成本的氮掺杂NiMoS₄电极材料，同时具有优异的产氢、产氧的全解水性能，且稳定性好，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，尤其涉及一种电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源需求的增加和伴随而来的环境污染危机，开发其他可再生和清洁能源的需要日益迫切，而氢气作为一种零排放产物清洁的绿色能源，已成为逐渐减少的化石燃料的替代品。

电催化水分解制备氢气和氧气是一种持续的、经济有效的方法，但需要高效的电催化剂来加快催化速率并降低能量损失。电解水反应包括两个半反应，缓慢的阳极氧气析出反应和相对容易的阴极氢气析出反应，理论分解电压为1.23V。但由于表面氧化还原反应和电荷/离子在界面的传输阻力，实际应用的电池电压约为1.8-2.0V，远高于理论值，使得工业化电解水制氢的成本大大增加。因此，开发高效的电解水催化剂以降低电解电压具有重要意义。

目前，电解水催化剂主要包括贵金属电催化剂和非贵金属电催化剂。基于Pt的贵金属催化剂和基于Ir或Ru的贵金属催化剂分别是电解水产氢和电解水产氧的最先进的电催化剂，但此类贵金属催化剂价格高昂，储备稀缺，且双功能性低以及稳定性欠佳，限制其广泛应用。非贵金属电催化剂，如过渡金属材料(金属硫化物，磷化物，氮化物和碳化物)虽成本低廉，但比贵金属基材料需要更大的过电势，特别是对于动力学反应缓慢的电解水产氧过程。因此，进一步发展非贵金属电催化剂实现全水解过电势最小化具有重要意义。

非贵金属电催化剂三元金属硫化物由于其独特的电子结构使其具有优异的电化学性能，在催化电解水，超级电容器等领域具有重要应用。三元金属硫化物与二元金属硫化物相比具有更多活性位点，与相应的三元氧化物相比，具有更强的氧化还原反应和更高的电子电导率。然而，由于S原子易与吸附态H原子结合阻碍H原子的解析以及动力学复杂的电解水产氧过程，使得三元硫化物双功能性较低，通常对一半反应显示出良好的活性，而对另一半反应则表现出中等的活性，导致全解水过电势较高。

发明内容

本发明提供了一种电极材料及其制备方法和应用，该方法操作简便，高效节能，所得电极材料同时具有很好的电解水产氢、产氧的催化活性，且过电势较低，稳定性好，是一种持久高效的双功能催化剂。

本发明提出一种电极材料，

电极材料为N掺杂NiMoS₄形成纳米线垂直生长在导电基底上。

本发明还提出一种电极材料的制备方法，

包括如下步骤：

a)将S源、N源溶于有机溶剂，得第一溶液。

b)将前驱体NiMoO₄材料竖直放置在反应釜的中心，加入上述第一溶液进行水热反应，所得电极材料即为产品。

进一步地，还包括，水热反应后，取出电极材料，冷却，洗涤，干燥。

进一步地，步骤a)中，S源、N源包括硫代乙酰胺，硫脲中至少一种；S源、N源的浓度分别为0.02～0.15mol/L。

进一步地，步骤a)中，有机溶剂包括乙醇，乙二醇，正己烷中至少一种。

进一步地，步骤b)中，水热反应的温度为80～150℃；水热反应的时长为4～24h。

进一步地，前驱体NiMoO₄材料的制备方法包括如下步骤：

b1)将钼酸盐溶解于去离子水后，加入镍盐，混合，得第二溶液；