本發明專利技術屬于析氫材料技術領域，具體涉及一種高效穩定的鎳鉬基析氫材料，并公開一種基于一步水熱法合成所述鎳鉬基析氫材料的方法及其應用。本發明專利技術所述鎳鉬基析氫材料，以(NH4)2MoS4為Mo源和S源，以鎳鹽為鎳源，制備得到MoS2/Ni3S2復合材料。本發明專利技術所述鎳鉬基析氫材料表現出優異的析氫性能及穩定性能。料表現出優異的析氫性能及穩定性能。料表現出優異的析氫性能及穩定性能。
【技術實現步驟摘要】
一種鎳鉬基析氫材料及其一步水熱合成方法與應用
[0001]本專利技術屬于析氫材料
，具體涉及一種高效穩定的鎳鉬基析氫材料，并公開一種基于一步水熱法合成所述鎳鉬基析氫材料的方法。
技術介紹
[0002]日益嚴重的能源危機和環境污染迫切需要開發綠色高效可再生能源。氫能因其清潔無碳、易于傳輸、能量密度高，及可持續性、無碳和可再生特性等優勢，被公認為是人類未來最為理想的能源載體。目前，工業上常用的制氫方法包括甲烷重整法、煤氣化和電解水等。其中，甲烷重整法、煤氣化方法雖然比較成熟，但是會排放大量二氧化碳，這與“雙碳”的理念背道而馳。相比之下，電解水制氫技術是一種高效清潔、無污染的方法，不僅可以滿足大規模的氫氣市場需求，而且還可以耦合太陽能、風能等清潔能源。
[0003]然而，目前全球僅4％的氫氣來自電解水技術，主要原因是催化劑的過電勢較高，導致巨大的能耗，成為該技術發展的重要限制因素。此外，近年來興起的陰離子交換膜水電解池(Anion Exchange Membrane Water Electrolyzer)由于膜電極中的局部氫氧根濃度更高、且膜電極中的傳質性能要求極高，所以需要活性高且機械和和化學穩定性強的析氫催化劑。因此，本領域期待開發易制備、催化活性高且壽命長的析氫催化劑，對降低電解水制氫裝置的成本有重大的意義。
[0004]堿性電解水(Alkaline Water electrolysis)因操作溫度低、成本低且穩定性較高，是目前工業上最為成熟的電解水技術。然而，在強堿條件下，卻會影響析氫反應的過電勢較高及穩定性較差。因此，在過去幾十年，世界各國科研工作者們都在研制廉價易得且高效穩定的析氫催化劑。作為經典的多孔析氫催化劑，雷尼鎳自20世紀20年代被發現以來一直沿用至今。然而，其制備過程中需要反復煅燒導致耗能較高。
[0005]近年來，過渡金屬硫化物由于其較高的化學穩定性及催化活性，被廣泛應用于電催化領域。二硫化鉬(MoS2)是一類典型的過渡金屬硫化物，析氫效果好、化學穩定性強，然而因其基面的惰性及半導體性質，只有邊緣處的S位點有HER活性。目前，本領域主要通過在多孔基底上經負載、超聲分散、制造空位等方式離散MoS2的活性位點來提高其活性(Adv.Mater.2017,29,1703863；Adv.Funct.Mater.2022,2208994)。另外，Ni3S2中有大量的Ni
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S和Ni
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Ni健，因此可以加快
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OOH和
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H等中間體的生成。鄒曉新課題組、吳正翠課題組等發現Ni3S2在強堿條件下表現出良好的全水解催化活性(CN 202210438639.2；J.Am.Chem.Soc.2015,137,14023；
[0006]ChemElectroChem 2019,6,4550)。然而，由于Ni3S2與OH的吸附過強，導致其析氫過電勢較高。近年來，研究人員已開始制備MoS2/Ni3S2復合材料(Chem.Eng.J.2022,428,131055；J.Alloys Compd.2018,737,809；Nano Energy 2016,20,1；CN 202210091676.0；CN 202111476735.8)，并將其應用于全水解、超級電容器、電池等領域，且取得很好的效果。然而，上述催化劑材料卻存在制備過程復雜，或者由于催化劑的比表面積較小而導致其催化活性低等問題，其性能無法滿足實際應用。
技術實現思路
[0007]為此，本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種高效穩定的鎳鉬基析氫材料，所述鎳鉬基析氫材料具有高比表面積，在強堿、弱堿以及中性條件下均表現出優異的析氫催化性能，可用于中性、弱堿性、特別是強堿性水電解槽中作為陰極，具有低過電勢、耐久性長的優勢；
[0008]本專利技術所要解決的第二個技術問題在于提供一種基于一步水熱合成法制備所述鎳鉬基析氫材料的方法。
[0009]為解決上述技術問題，本專利技術所述的一種一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，包括以(NH4)2MoS4為Mo源和S源、以鎳鹽為鎳源，通過一步水熱法制備MoS2/Ni3S2晶界的步驟。
[0010]具體的，所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，包括如下步驟：
[0011](1)分別配制(NH4)2MoS4溶液和鎳鹽溶液并混合，得到懸浮液；
[0012](2)取鎳基底加入至所述懸浮液中進行水熱合成反應，即得所需鎳鉬基析氫材料。
[0013]具體的，所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，所述步驟(1)中，所述(NH4)2MoS4溶液的濃度為10
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30mmol/L；
[0014]優選的，配制所述(NH4)2MoS4溶液的溶劑包括水。
[0015]具體的，所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，所述步驟(1)中，鎳鹽溶液的濃度為3
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8mmol/L；
[0016]優選的，配制所述鎳鹽溶液的鎳鹽包括NiCl2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O、NiSO4·
6H2O或Ni(OAc)2·
6H2O中的至少一種；
[0017]優選的，配制所述鎳鹽溶液的溶劑包括水、N,N
?
二甲基甲酰胺(DMF)、乙二醇、異丙醇或N
?
甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一種。
[0018]具體的，所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，所述步驟(1)中，所述(NH4)2MoS4溶液和鎳鹽溶液的體積比為3
?
8：1。
[0019]具體的，所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，所述步驟(1)中，所述混合步驟包括將所述鎳鹽溶液滴加至所述(NH4)2MoS4溶液的步驟；
[0020]優選的，控制所述滴加時間為20
?
40min，更優選控制滴加過程為勻速滴加。
[0021]具體的，所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，所述步驟(2)中，所述水熱合成反應步驟為密閉反應，控制反應溫度為160
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200℃，反應時間8
?
24h。
[0022]具體的，所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，所述步驟(2)中，所述鎳基底包括泡沫鎳；
[0023]優選的，所述步驟(2)中，還包括將所述鎳基底進行清洗的步驟；具體的，所述清洗步驟包括將泡沫鎳或鎳網基底依次使用稀鹽酸、水、乙醇超聲清洗，以去除基底表面的氧化層和油污；
[0024]優選的，所述步驟(2)中，還包括將所述鎳鉬基析氫材料進行清洗和/或干燥的步驟；具體的，所述清洗步驟包括用水和乙醇清洗后進行真空干燥的步驟。
[0025]本專利技術還公開了由所述方法制備得到的鎳鉬基析氫材料。
[0026]本專利技術還公開了所述鎳鉬基析氫材料用于制備析氫催化劑、析氫電極的用途。
[0027]本專利技術還公開了由所述鎳鉬基析氫材料制備得本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，其特征在于，包括以(NH4)2MoS4為Mo源和S源、以鎳鹽為鎳源，通過一步水熱法制備MoS2/Ni3S2晶界的步驟。2.根據權利要求1所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)分別配制(NH4)2MoS4溶液和鎳鹽溶液并混合，得到懸浮液；(2)取鎳基底加入至所述懸浮液中進行水熱合成反應，即得所需鎳鉬基析氫材料。3.根據權利要求2所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述(NH4)2MoS4溶液的濃度為10
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30mmol/L；優選的，配制所述(NH4)2MoS4溶液的溶劑包括水。4.根據權利要求2或3所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，鎳鹽溶液的濃度為3
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8mmol/L；優選的，配制所述鎳鹽溶液的鎳鹽包括NiCl2·
6H2O、Ni(NO3)2·
6H2O、NiSO4·
6H2O或Ni(OAc)2·
6H2O中的至少一種；優選的，配制所述鎳鹽溶液的溶劑包括水、N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)、乙二醇、異丙醇或N
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甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一種。5.根據權利要求2
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4任一項所述一步水熱合成制備鎳鉬基析氫材料的方法，其特征在于，所述步驟(1)中...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫立成，呼斯楞，丁國恒，
申請(專利權)人：西湖大學，
類型：發明
國別省市：
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