电催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体电催化分解水产氢技术领域，特别涉及一种基于镍金属硫化物的电催化剂及其制备。该技术制备过程简单、活性和稳定性高且催化剂无毒绿色，可实现低过电势下将水分解为氢气这一清洁燃料。
【背景技术】
[0002]在当今社会，能源是国民经济发展的动力，是国家可持续发展的基础。但随着工业的大力发展和人们生活的不断提高，人类对能源的需求日益增加。然而在当今世界，过度地开发和使用化石能源造成了能源枯竭，并且造成了严重的环境污染。为了实现人类的可持续发展，开发和利用经济、洁净的新能源是21世纪世界能源科技的主题。目前正在研宄的新能源包括太阳能、风能、氢能、生物能和核能等，其中氢气作为一种清洁能源，具有高燃烧值、零污染排放等优点，受到了广泛关注。而最简单经济的产氢方式之一是电解水产氢，但是为了进一步提高产氢速率与降低过电势，使用一定的高效电催化剂是必要的。铂类贵金属是已知的对电催化分解水催化活性最好的催化剂。然而，它们存在地壳含量低，成本过高等问题，从而限制了它们的大规模应用。因此，开发具有高效耐用且非贵的电催化剂是必不可少的。
[0003]近年来，固体无机化合物不断涌现，可以作为铂类金属的代替物达到以上要求，包括合金、氮化物、硼化物、碳化物、硫化物和磷化物。其中金属硫化物由于它们的形态多样性、低价格和易于制备吸引了越类越多人的注意。像NiS、CoS、MoS2、CuMoS2and CuInS2这些典型化合物展示了很高的催化活性，可与铂相当或优于铂。
[0004]然而，金属硫化物通常采用磁控溅射法、化学气相沉积法、超声合成法、表面活性剂辅助合成法、水热/溶剂热法等方法制备，但是这些方法过程比较复杂，操作条件较苛亥IJ，从而限制了它们的应用。因此，一种新型简单的金属硫化物电催化剂的制备方法仍然是急需且有重大意义的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种新型简便的和能耗低的产氢用NiS/Ni (0!1)2的制备方法。该NiS/Ni (OH)2电极的制备采用非昂贵和无毒性的无机镍盐与硫脲作为原料，使用简单的一步光协助电动沉积方法制备，且之后不经过进一步处理。被制备的电极展示了较优的催化活性，长时间的稳定性和较高的法拉第效率。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0007]本发明采用一步光协助电动沉积法制备NiS/Ni (OH)2电极。
[0008](I) ITO导电玻璃的表面预处理:
[0009]把ITO导电玻璃先依次在无水乙醇，丙酮中浸泡两小时，然后再在2mol/L氢氧化钾的异丙醇溶液中加热回流30min。
[0010](2)光协助电动沉积NiS/Ni (OH) 2作为电催化剂:
[0011]利用光协助电动沉积的方法在ITO电极上沉积NiS/Ni (OH)2，先配置好沉积液，即5Mm NiCl2.6H20和0.3M硫脲溶液。以ITO为工作电极，Ag/AgCl (0.3M)为参比电极，铂网为对电极，把工作电极置于沉积液中，参比与对电极置于Na2SO4中。光协助电动沉积法被执行用循环伏安法，扫描速率5mV s—1，扫描电压范围-1.2V?0.2V，用氙灯(λ >400nm)作光源。
[0012]⑶沉积NiS/Ni (OH)2后，把电极从沉积液中取出，用去离子水洗几次，在空气中风干待用。
[0013]—种如上所述的产氢电极NiS/Ni (OH) 2可应用于电催化产氢。
[0014]本发明的显著优点在于:
[0015](I)该电极采用简单一步光协助电动沉积法制备，制备方法简单易行，与传统方法相比，不需要复杂的工艺过程、长时间的反应时间、且在常温常压下即可完成，亦可以通过调控循环伏安的次数来控制NiS/Ni (OH) 2的沉积量。
[0016](2)该电极的制备采用非昂贵和无毒性的无机镍盐和硫脲作为原料。
[0017](3)本发明所制备的电极用于电解水制氢，反应高效，操作简单，廉价实用，并且制备的电极具有很高的稳定性，具有很高的实用价值和应用前景。
【附图说明】
[0018]图1为实施例1中制备电极过程以及所制电极用于电催化产氢示意图。
[0019]图2为实施例1所制电极的电镜图:(a)光协助电动沉积法所制电极的SEM图；(b)电动沉积法所制电极的SHM图；(c)光协助电动沉积所制电极的??Μ图。
[0020]图3为实施例1所制电极的XRD对比图:(a)光协助电动沉积所制；(b)电动沉积所制。
[0021]图4为实施例1所制电极的XPS图:(a)整体图;(b) Ni2p ; (c) Ols ; (d) S2p。
[0022]图5为实施例2中沉积不同层数的NiS/Ni (OH)2电极的极化曲线对比图。
[0023]图6为实施例3电极在-0.4Vvs RHE的电压下，在pH = 6的电解质中实际产氢与理论产氢含量随时间变化图。
[0024]图7为实施例4电极在不同电解质溶液中电荷随时间变化图:(a)外加电压E=-0.7V vs Ag/AgCl ( n = 138mV)在 pH = 6 的电解质中；(b)外加电压 E = -0.908V vsAg/AgCl ( η = 287mV)在 pH = 7 的 KPi 中。其中 NiS/Ni (OH) 2/ΙΤ0 (实线)，空白 ITO (虚线)。
[0025]图8为实施例5中电极在不同过电势下的奈奎斯特图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的制备过程、表征及性能测试结果作进一步的描述，但本发明提供的催化剂并不仅仅限于下列的实施案例。
[0027]实施例1
[0028]NiS/Ni _)2电催化剂的制备方法，其具体步骤是:⑴ITO导电玻璃的表面预处理:把ITO导电玻璃先依次在无水乙醇，丙酮中浸泡两小时，然后再在2mol/L氢氧化钾的异丙醇溶液中加热回流30min。(2)光协助电动沉积NiS/Ni (OH)2作为电催化剂:利用光协助电动沉积的方法在ITO电极上沉积NiS/Ni (OH)2,先配置好沉积液，即5Mm NiCl2.6Η20和
0.3Μ硫脲溶液。以ITO为工作电极，Ag/AgCl (0.3M)为参比电极，铂网为对电极，把工作电极置于沉积液中，参比与对电极置于Na2SO4中。光协助电动沉积法被执行用循环伏安法，扫描速率5mV s—1，扫描电压范围-1.2V?0.2V，用氙灯(λ >400nm)作光源，电极制备示意图如图1所示。(3)沉积NiS/Ni (0!1)2后，把电极从沉积液中取出，用去离子水洗几