[发明专利]一种Ag纳米粒子负载硫化镍纳米片薄膜结构材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Ag纳米粒子负载硫化镍纳米片薄膜结构材料及其制备方法和应用；所述制备方法为：首先制备得到2D纳米薄片状的Ni₃S₂纳米片薄膜；进一步在室温条件下用乙二醇作还原剂、柠檬酸盐作配位剂，在Ni₃S₂纳米片薄膜上还原沉积Ag纳米粒子；Ag纳米粒子负载能够提高导电性，增大电化学活性面积，加快界面电荷转移速率，优化Ni₃S₂对含氧/氢中间体的吸附和解吸特性；所述Ag纳米粒子负载Ni₃S₂纳米片薄膜结构材料可作为析氧反应、析氢反应和全水分解反应的电催化剂，具有活性高、耐久性好以及制备工艺简单的优点，对研究全水分解电催化电极材料的实际应用非常具有价值。

技术领域

本发明属于纳米材料制备方法及电催化应用领域，具体涉及一种Ag纳米粒子负载硫化镍纳米片薄膜结构材料及其制备方法和应用。

背景技术

日益增长的能源需求以及使用传统化石能源带来的环境污染迫使人们探寻和利用高效、价廉和环境友好的可持续替代能源。氢气因为环境友好和高能量密度被认为是可代替传统化石燃料有力的候选能源，电催化水分解成氢气和氧气是一种具有发展前景和竞争力的可再生能源技术。到现在为止，Pt基材料仍被认为是析氢反应(HER)最高效的电催化剂，而Ir/Ru氧化物仍被广泛作为析氧反应(OER)的基准电催化剂，但是因为其高成本和稀缺性限制了这些贵金属的普遍应用。所以，从地球资源丰富的材料中开发能够高效可持续催化HER和OER的双功能电催化剂势在必行。

Ni₃S₂的结构中存在大量连续的Ni–Ni和Ni–S键可以促进OER中间体OOH*的产生和吸附H*转换成H₂，被认为是有发展前景的催化剂。遗憾的是，Ni₃S₂本身的低导电性和碱性溶液强腐蚀性所引起的不稳定性阻碍了它在电催化水分解上的进一步应用。

现有技术中贵金属负载Ni₃S₂纳米结构催化剂制备方法复杂，且仅能应用在HER过程中，对OER和全水解的应用鲜有研究。因此，通过简单的方法合成具有高活性和耐久性的低成本贵金属负载Ni₃S₂纳米结构作为高效全水分解电催化剂具有重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超小Ag纳米粒子负载硫化镍纳米片薄膜结构材料及其制备方法和应用。在泡沫镍基底上通过两步液相法合成出Ag纳米粒子负载Ni₃S₂纳米片薄膜结构材料。通过引入贵金属Ag构建非均相纳米结构，该方法可以通过增加活性位点和重构界面上的电子分布来促进电催化性能的提升。另外，金属与金属硫化物之间的电子相互作用可以使电子从金属转移到金属硫化物，这将促进水的吸附和活化并通过改变电催化剂的电子密度分布来削弱S–H_ads键，从而优化H的吸附和解吸。本发明将导电金属Ag引入Ni₃S₂催化剂中构建非均相纳米结构还可以大幅度提升催化剂的导电性，加快界面之间的电荷转移。

本发明提供的Ag纳米粒子负载Ni₃S₂纳米片薄膜结构材料其可作为高效的OER、HER和全水分解电催化剂。Ni₃S₂二维纳米片具有较大的暴露表面，可以提供大量有利于催化过程的活性位点，引入金属Ag纳米粒子可以有效地调节Ni₃S₂的电子结构，增加活性位点的数量，增强催化剂的导电性，加快电子转移速率，实现突出的催化活性和稳定性。

本发明提供的一种Ag纳米粒子负载Ni₃S₂纳米片薄膜结构材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备Ni₃S₂纳米片薄膜；