一种二硫化钒纳米棒阵列电催化剂及其制备方法与流程

本发明属电解水催化剂技术领域，具体涉及一种二硫化钒纳米棒阵列电催化剂及其制备方法。

背景技术：

电催化分解水技术由于其工艺设备简单，是目前广泛应用于工业生产中的一种制备氢气的方法，它是一项开发可持续清洁能源的最有潜力的技术，也是科研领域研究的一个重要方向。pt、pd等铂系贵金属是目前发现的最好的电解水析氨的催化剂，但是由于其价格昂贵、地球储量低、易毒化等原因，使其很难被广泛地应用于大规模的工业化生产中，因而寻找替代性电解水催化剂成为了这一领域的一个重要课题。研究表明，钒的价态灵活(+3，+4，+5)，具有良好的反应活性，另外，将催化剂与导电衬底结合，可以有效地促进电荷传输，并能明显地增强它的催化活性和稳定性。

本专利采用高效、简单和低成本的一步水热法，在碳布基底上制备了二硫化钒纳米棒阵列，有效地提高了导电性，从而提升了电解水析氢性能。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，目的在于提出一种二硫化钒纳米棒阵列催化剂的制备方法，该方法操作简单，反应条件温和，耗时短，制备的二硫化钒产品纯度高，形貌和尺寸均一，且电催化析氢性能较为优异。

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℃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，40~70℃下干燥6~8h得到处理后的碳布；

（2）分别称取(0.1g~0.5g)navo3、(0.2g~0.8g)ch3csnh2和(0.5g~1.5g)c6h12n4，溶于20~40ml去离子水中，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160~220℃，反应时间为18~30h；

（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40~70℃下干燥5~8h，即得到均匀的纳米棒状vs2。

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；

（3）该方法制备的产物化学组成均一，纯度高，形貌均匀，其作为电解水电极材料时能够表现出优异的电化学性能，在10ma/cm²的电流密度下，其过电势约为206mv。

附图说明

图1为本发明实施例3制备的生长在碳布上的vs2纳米棒阵列的x-射线衍射（xrd）图谱；

图2为本发明实施例3制备的生长在碳布上的vs2纳米棒阵列的扫描电镜（sem）照片；

图3为本发明实施例3制备的生长在碳布上的vs2纳米棒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次，50℃下干燥8h得到处理后的碳布；

（2）分别称取0.1gnavo3、0.2gtaa（ch3csnh2）和0.5gc6h12n4，溶于20ml去离子水中，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，即得到均匀的纳米棒状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0.3gnavo3、0.9gtaa（ch3csnh2）和0.8gc6h12n4，溶于30ml去离子水中，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200℃，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，即得到均匀的纳米棒状vs2。

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0.4gnavo3、1.2gtaa（ch3csnh2）和1.2gc6h12n4，溶于35ml去离子水中，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，即得到均匀的纳米棒状vs2。

图1为本实施例制备的生长在碳布上的vs2纳米棒阵列的x-射线衍射（xrd）图谱。图中，xrd测试结果中的特征峰与vs2的特征峰相一致，说明本发明在碳基上生长出了vs2。

图2为本发明实施例3制备的生长在碳布上的vs2纳米棒阵列的扫描电镜（sem）照片。sem照片显示，本发明在碳基上生长出的vs2具有不规则的纳米棒阵列的形貌。

图3为本发明实施例3制备的生长在碳布上的vs2纳米棒阵列的线性扫描伏安（lsv）性能测试图。lsv性能测试显示，在50ma/cm²的电流密度下，其过电势约为509mv；在100ma/cm²的电流密度下，其过电势约为583mv。

实施例4：

（1）将碳布裁剪成1×5cm的长方形，在100℃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4次，70℃下干燥6h得到处理后的碳布；

（2）分别称取0.5gnavo3、0.8gtaa（ch3csnh2）和1.5gc6h12n4，溶于40ml去离子水中，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220℃，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，即得到均匀的纳米棒状vs2。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种二硫化钒纳米棒阵列电催化剂，其制备方法为：将导电碳基浸泡在NaVO3：CH3CSNH2：C6H12N4质量比为（0.1~0.5）（0.2~0.8）：（0.5~1.5）的溶液中，水热反应得到均匀的纳米棒状VS2。本发明具有低的合成温度，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；制备的产物化学组成均一，纯度高，形貌均匀，其作为电解水电极材料时能够表现出优异的电化学性能，在10mA/cm2的电流密度下，其过电势约为206mV。

技术研发人员：黄剑锋;徐瑞;冯亮亮;曹丽云;何丹阳;杜盈盈
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2018.10.29
技术公布日：2019.01.18