一种鱿鱼须状的V:Ni3S2/NF双功能电极的制备方法与流程

本发明属于电催化剂技术领域，涉及一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法。

背景技术：

化石能源的枯竭与环境问题的日益严重，氢能作为一种清洁、高效可替代能源备受关注。考虑到水资源是地球上丰度最高的“氢源”，电解水制氢技术受到了人们的关注。电催化水裂解研究的核心内容是发展高效的催化剂，以最大限度地降低反应的势垒和能耗，从而降低水裂解的总能耗。一个完整的水裂解反应包括：析氢反应(hydrogenevolutionreaction,her)和析氧反应(oxygenevolutionreaction,oer)。贵金属氧化物(iro2、ruo2)和贵金属pt被认为是最有效的水分解oer和her催化剂，但它们昂贵的价格和较少的储量制约了大规模的生产和广泛的应用。

ni3s2作为一种金属态的硫化物，其具有良好的导电性，是一种优异的双功能电催化剂材料。一方面，ni3s2的本征活性还有待于提高；另一方面其电催化水裂解的反应动力学较慢，因为人们往往忽略了对oer过程产生的中间介质如：*oh、*ooh等的吸附与脱附，导致了oer过程的动力学缓慢。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种制备能耗低、重复性好且产率高的鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，其制得的电极具有较多的活性位点因此其具有良好的析氢析氧活性及稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍分别置入丙酮和盐酸中清洗去除表面杂质后冲洗并干燥；

步骤2：将0.1～0.2g六水合氯化镍、0.06～0.08g氯化钒和0.09～0.1g尿素加入到20～25ml超纯水搅拌并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入水热釜在110～120℃下溶剂热反应；冷却至室温并取出泡沫镍清洗并干燥；

步骤3：将20～30mg硫代乙酰胺加入到20～30ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入水热釜中在150～160℃下发生溶剂热反应，冷却至室温并取出泡沫镍清洗并干燥，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极。

进一步的，步骤1中泡沫镍置入丙酮中超声清洗5～20min。

进一步的，步骤1中泡沫镍置入2～4mol/l的盐酸中超声清洗5～20min。

进一步的，步骤1中冲洗为分别采用乙醇和超纯水交替冲洗；干燥为在25～35℃下真空干燥8～12h。

进一步的，步骤2中搅拌为磁力搅拌15～20min。

进一步的，步骤2中水热釜为高温高压水热釜且充填度为40～50％；溶剂热反应为水热反应10～14h。

进一步的，步骤2中清洗为分别采用水和醇交替清洗；干燥为在25～35℃下真空干燥8～12h。

进一步的，步骤3中水热釜为高温高压水热釜且充填度为40～60％；溶剂热反应为水热反应10～18h。

进一步的，步骤3中清洗为分别采用水和醇交替清洗；干燥为在50～60℃下真空干燥1～2h。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，其以六水合氯化镍、氯化钒、尿素和泡沫镍制成的niv-ldh作为前驱体(记为niv-ldh/nf)，再利用硫代乙酰胺做硫源对前驱体通过溶剂热反应进行硫化获得v掺杂的ni3s2。此过程中，可将v均匀的掺杂在ni3s2体相中，且利用乙醇的刻蚀作用调控了ni3s2的形貌，得到了多级的鱿鱼须状结构，其反应可控且时间短，对环境友好，可重复性强；制备的鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的鱿鱼须状结构具有较多的空隙，有利于电解液接触参与反应和气泡的释放，其可直接用于电催化性能测试；由于钒是对氧具有很强的亲和力，在oer过程中会加速中间体的吸附与生成，因此提高了ni3s2的本征活性和反应动力学使得该电极具有良好的析氢析氧活性和稳定性。

附图说明

图1为实施例5制备的鱿鱼须状结构的v:ni3s2/nf的扫描电镜照片；

图2为实施例5制备的鱿鱼须状结构的v:ni3s2/nf的x-射线衍射图谱；

图3为实施例5制备的鱿鱼须状结构的v:ni3s2/nf的her性能图；

图4为实施例5制备的鱿鱼须状结构的v:ni3s2/nf的oer性能图。

具体实施方式

下面给出具体的实施例。

实施例1

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍置入丙酮中超声清洗10min后置入3mol/l的盐酸中进行超声清洗10min去除表面杂质，分别采用乙醇和超纯水交替冲洗3次并在35℃下真空干燥10h；

步骤2：将0.1g六水合氯化镍、0.07g氯化钒和0.097g尿素加入到20ml超纯水中并置于烧杯中磁力搅拌20min并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入高温高压水热釜中在120℃下水热反应12h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替清洗3次后在30℃下真空干燥10h；其中水热釜的充填度为40％；

步骤3：将20mg硫代乙酰胺加入到25ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入高温高压水热釜中在150℃下水热反应15h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替冲洗3次后在60℃下真空干燥2h，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极；其中水热釜的充填度为50％。

实施例2

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍置入丙酮中超声清洗10min后置入3mol/l的盐酸中进行超声清洗10min去除表面杂质，分别采用乙醇和超纯水交替冲洗3次并在35℃下真空干燥10h；

步骤2：将0.1188g六水合氯化镍、0.078g氯化钒和0.094g尿素加入到25ml超纯水中并置于烧杯中磁力搅拌20min并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入高温高压水热釜中在120℃下水热反应12h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替清洗3次后在30℃下真空干燥12h；其中水热釜的充填度为50％；

步骤3：将25mg硫代乙酰胺加入到25ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入高温高压水热釜中在160℃下水热反应15h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替冲洗3次后在60℃下真空干燥2h，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极；其中水热釜的充填度为50％。

实施例3

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍置入丙酮中超声清洗10min后置入3mol/l的盐酸中进行超声清洗10min去除表面杂质，分别采用乙醇和超纯水交替冲洗3次并在35℃下真空干燥10h；

步骤2：将0.1g六水合氯化镍、0.08g氯化钒和0.094g尿素加入到25ml超纯水中并置于烧杯中磁力搅拌20min并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入高温高压水热釜中在120℃下水热反应12h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替清洗3次后在30℃下真空干燥12h；其中水热釜的充填度为50％；

步骤3：将25mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入高温高压水热釜中在160℃下水热反应15h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替冲洗3次后在60℃下真空干燥2h，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极；其中水热釜的充填度为60％。

实施例4

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍置入丙酮中超声清洗10min后置入3mol/l的盐酸中进行超声清洗10min去除表面杂质，分别采用乙醇和超纯水交替冲洗3次并在35℃下真空干燥10h；

步骤2：将0.178g六水合氯化镍、0.06g氯化钒和0.1g尿素加入到25ml超纯水中并置于烧杯中磁力搅拌20min并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入高温高压水热釜中在120℃下水热反应12h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替清洗3次后在30℃下真空干燥12h；其中水热釜的充填度为50％；

步骤3：将25mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入高温高压水热釜中在160℃下水热反应15h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替冲洗3次后在60℃下真空干燥1.5h，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极；其中水热釜的充填度为60％。

实施例5

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍置入丙酮中超声清洗10min后置入3mol/l的盐酸中进行超声清洗10min去除表面杂质，分别采用乙醇和超纯水交替冲洗3次并在35℃下真空干燥10h；

步骤2：将0.1783g六水合氯化镍、0.07g氯化钒和0.094g尿素加入到25ml超纯水中并置于烧杯中磁力搅拌20min并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入高温高压水热釜中在120℃下水热反应12h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替清洗3次后在30℃下真空干燥12h；其中水热釜的充填度为50％；

步骤3：将25mg硫代乙酰胺加入到25ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入高温高压水热釜中在160℃下水热反应15h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替冲洗3次后在60℃下真空干燥2h，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极；其中水热釜的充填度为50％。

取鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极样品，如图1所示，该样品为鱿鱼须状结构组成的阵列，鱿鱼须结构是由纳米棒与表面覆盖的纳米片组成的，鱿鱼须与鱿鱼须之间存在较大的间隙，其有利于电解液的接触与气泡的释放；如图2所示，该样品的xrd衍射峰与pdf编号为44-1418的ni3s2的标准卡片完全吻合，且无出现其它关于v的杂质峰，说明生成的物相为v掺杂的ni3s2；如图3所示，该样品在1mkoh溶液中具有良好的电催化析氢性能，电流密度为100ma/cm²时，其过电势约为290mv；如图4所示，该样品在1mkoh溶液中具有良好的电催化析氧性能，电流密度为100ma/cm²时，其过电势约为380mv。

实施例6

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍置入丙酮中超声清洗5min后置入2mol/l的盐酸中进行超声清洗20min去除表面杂质，分别采用乙醇和超纯水交替冲洗2次并在25℃下真空干燥12h；

步骤2：将0.2g六水合氯化镍、0.06g氯化钒和0.09g尿素加入到21ml超纯水中并置于烧杯中磁力搅拌15min并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入高温高压水热釜中在110℃下水热反应14h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替清洗3次后在35℃下真空干燥8h；其中水热釜的充填度为42％；

步骤3：将30mg硫代乙酰胺加入到20ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入高温高压水热釜中在155℃下水热反应18h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替冲洗3次后在60℃下真空干燥1h，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极；其中水热釜的充填度为40％。

实施例7

一种鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将泡沫镍置入丙酮中超声清洗20min后置入4mol/l的盐酸中进行超声清洗5min去除表面杂质，分别采用乙醇和超纯水交替冲洗3次并在30℃下真空干燥8h；

步骤2：将0.2g六水合氯化镍、0.07g氯化钒和0.092g尿素加入到23ml超纯水中并置于烧杯中磁力搅拌18min并溶解得溶液a；将溶液a和步骤1所得的泡沫镍置入高温高压水热釜中在115℃下水热反应10h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替清洗3次后在25℃下真空干燥12h；其中水热釜的充填度为46％；

步骤3：将30mg硫代乙酰胺加入到20ml无水乙醇中得硫代乙酰胺溶液；将步骤2所得的泡沫镍和硫代乙酰胺溶液置入高温高压水热釜中在160℃下水热反应10h；冷却至室温并取出泡沫镍分别采用水和醇交替冲洗3次后在50℃下真空干燥2h，得鱿鱼须状的v:ni3s2/nf双功能电极；其中水热釜的充填度为40％。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。