一种3D多级结构VS2析氢电催化剂及其制备方法与流程

本发明属电催化析氢催化剂技术领域，具体涉及一种3d多级结构vs2析氢电催化剂及其制备方法。

背景技术：

过渡金属二硫化物具有独特的电化学性质和催化性质，可以广泛的应用于能源领域，例如用作锂电电极、催化剂等，是一类非常重要的材料。尤其是二硫化钒（vs2）更是受到人们的特别关注。

二硫化钒具有独特的层状结构，有利于离子的吸附和解离，可以嵌入不同比例的li等金属离子，因此可用作电极材料，能够极大的改善电极的性质。随着人们对二硫化钒性质了解的进一步深入，其应用领域与应用方式必将被大大拓宽，产生相助的社会效益和经济效益。

目前，关于vs2纳米结构的溶液生长的报道非常有限，更重要的是，它们都是以粉末的形式制备的，这需要额外的粘结剂(如nafion)——辅助薄膜铸造或涂布程序。所获得的电极活性面积有限（被粘结剂堵塞），扩散缓慢，导电性差。为了进一步提高vs2的性能，直接在导电基片上生长具有较大表面积的vs2纳米结构至关重要。而本专利中在碳布基底上实现了3d多级结构vs2的合成，且产物具有良好的析氢活性。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，目的在于提出一种3d多级结构二硫化钒的制备方法，该方法操作简单，反应条件温和，制备的vs2产品纯度高，形貌和尺寸均一。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

（1）将碳布裁剪成1×5cm的长方形，在80~120℃于浓硝酸中回流活化1~3小时，然后用乙醇和去离子水分别清洗3~5次，50~70℃下干燥6~8h得到处理后的碳布；

（2）分别称取na3vo4·12h2o、taa（ch3csnh2）和peo-ppo-peo，摩尔比为（1~3）:（4~6）:（0.1~0.3），溶于25~40ml去离子水中，此时钒源的浓度为（0.02~0.075）mol/l，硫源的浓度为（0.1~0.15）mol/l，peo-ppo-peo的浓度为（0.0025~0.0075）mol/l在室温下磁力搅拌40~60min，得到澄清溶液；

（3）将（1）处理的碳布放入反应内衬中，将（2）得到的澄清溶液倒入，密封进行水热反应，设定反应温度为160~200℃，反应时间为18~28h；

（4）反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出碳布，然后用乙醇和去离子水分别清洗3次，最后将碳布50~70℃下干燥5~8h，即得到3d多级结构vs2。

进一步地，peo-ppo-peo采用p123（peo20ppo70peo20）

本发明的有益的效果为：

（1）该方法由于其采用的是一步水热反应直接合成最终产物，因而具有低的合成温度，工艺简单易操作，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产；

（2）该方法制备的产物化学组成均一，纯度高，形貌均匀；

（3）该方法制备的纳米片长在碳布基底上，形成了3d多级结构的纳米花。这种3d多级结构的纳米花非常有利于离子的自由进出，继而暴露出更多的活性位点，从而提高了电催化析氢性能。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的生长在碳布上的vs2纳米花阵列的x-射线衍射（xrd）图谱；

图2为本发明实施例2制备的生长在碳布上的vs2纳米花阵列的放大1100倍的扫描电镜（sem）照片；

图3为本发明实施例2制备的生长在碳布上的vs2纳米花阵列的放大450倍的扫描电镜（sem）照片；

图4为本发明实施例3制备的生长在碳布上的vs2纳米花阵列的线性扫描伏安（lsv）性能测试图。

具体实施方式

下面结合附图及实施实例对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

（1）将碳布裁剪成1×5cm的长方形，在120℃于浓硝酸中回流活化1小时，然后用乙醇和去离子水分别清洗3次，50℃下干燥8h得到处理后的碳布；

（2）分别称取na3vo4·12h2o、taa（ch3csnh2）和p123（peo20ppo70peo20），摩尔比为1：4：0.1，溶于25ml去离子水中，此时钒源的浓度为0.04mol/l，硫源的浓度为0.133mol/l，p123的浓度为0.0033mol/l，在室温下磁力搅拌40min，得到澄清溶液；

（3）将（1）处理的碳布放入反应内衬中，将（2）得到的澄清溶液倒入，密封进行水热反应，设定反应温度为160℃，反应时间为18h；

（4）反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出碳布，然后用乙醇和去离子水分别清洗3次，最后将碳布50℃下干燥8h，即得到均匀的3d多级结构纳米花状vs2。

图1为本实施例制备的生长在碳布上的vs2纳米花阵列的x-射线衍射（xrd）图谱。从图1中可以看出碳布表面长上了物质，且产物是结晶度很高的vs2。

实施例2：

（1）将碳布裁剪成1×5cm的长方形，在80℃于浓硝酸中回流活化2小时，然后用乙醇和去离子水分别清洗4次，50℃下干燥8h得到处理后的碳布；

（2）分别称取na3vo4·12h2o、taa（ch3csnh2）和p123（peo20ppo70peo20），摩尔比为1.5：5：0.2，溶于35ml去离子水中，此时钒源的浓度为0.043mol/l，硫源的浓度为0.143mol/l，p123的浓度为0.0057mol/l，在室温下磁力搅拌40min，得到澄清溶液；

（3）将（1）处理的碳布放入反应内衬中，将（2）得到的澄清溶液倒入，密封进行水热反应，设定反应温度为180℃，反应时间为22h；

（4）反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出碳布，然后用乙醇和去离子水分别清洗3次，最后将碳布50℃下干燥8h，即得到均匀的3d多级结构纳米花状vs2。

图2、图3为本实施例制备的生长在碳布上的vs2纳米花阵列的扫描电镜（sem）照片。从图2、图3的sem图中可以看出该样品是生长在碳布上的3d纳米花结构。

实施例3：

（1）将碳布裁剪成1×5cm的长方形，在80℃于浓硝酸中回流活化2小时，然后用乙醇和去离子水分别清洗5次，60℃下干燥7h得到处理后的碳布；

（2）分别称取na3vo4·12h2o、taa（ch3csnh2）和p123（peo20ppo70peo20），摩尔比为2：4.5：0.2，溶于35ml去离子水中，此时钒源的浓度为0.057mol/l，硫源的浓度为0.128mol/l，p123的浓度为0.0057mol/l，在室温下磁力搅拌60min，得到澄清溶液；

（3）将（1）处理的碳布放入反应内衬中，将（2）得到的澄清溶液倒入，密封进行水热反应，设定反应温度为180℃，反应时间为24h；

（4）反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出碳布，然后用乙醇和去离子水分别清洗3次，最后将碳布60℃下干燥7h，即得到均匀的3d多级结构纳米花状vs2。

图4为本实施例制备的生长在碳布上的vs2纳米花阵列的线性扫描伏安（lsv）性能测试图。从图4的线性扫描伏安图中可以看出，该样品在电流密度为10ma/cm²时，它的过电势为305mv，在电流密度为50ma/cm²时，它的过电势为407mv。具有良好的电催化析氢活性。

实施例4：

（1）将碳布裁剪成1×5cm的长方形，在120℃于浓硝酸中回流活化3小时，然后用乙醇和去离子水分别清洗4次，70℃下干燥6h得到处理后的碳布；

（2）分别称取na3vo4·12h2o、taa（ch3csnh2）和p123（peo20ppo70peo20），摩尔比为3：6：0.3，溶于40ml去离子水中，此时钒源的浓度为0.075mol/l，硫源的浓度为0.15mol/l，p123的浓度为0.0075mol/l，在室温下磁力搅拌60min，得到澄清溶液；

（3）将（1）处理的碳布放入反应内衬中，将（2）得到的澄清溶液倒入，密封进行水热反应，设定反应温度为200℃，反应时间为28h；

（4）反应结束后，待反应釜自然冷却至室温，取出碳布，然后用乙醇和去离子水分别清洗3次，最后将碳布70℃下干燥6h，即得到均匀的3d多级结构纳米花状vs2。