一种Mn掺杂晶态Ni3S2@非晶态MoS2异质结纳米棒电催化剂及其制备方法和应用

本发明属于电催化水分解，涉及一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着工业和经济的发展，能源危机已经成为必须解决的问题之一。基于电化学方法对水进行分解制取氢气是解决能源问题的有效途径。由于水分解反应涉及到产氢(her)和析氧(oer)两个半反应，而这两个半反应都需要催化剂去加快反应速率。因此，寻找高效、廉价的her和oer电催化剂成为了近年来研究的热点。

2、近年来，人们对过渡金属氧化物(tmos)、磷化物(tmps)、氮化物(tmn)和硫化物(tmss)作为有前景的电催化材料。其中，过渡金属硫化物因其卓越的导电性和增强的反应动力学而受到特别关注。这些材料作为整体水分解的高效电催化剂具有广阔的前景。然而，为了充分发挥其潜力，仍需要进一步提高其性能。在寻找高效双功能催化剂的过程中，研究人员重点关注优化析氢反应(her)和析氧反应(oer)活性。其中，二硫化钼(mos2)作为一种新型催化剂受到了广泛关注。her催化剂，由于其h+吸附能与铂相当，是一种备受推崇的her催化剂。然而，mos2作为oer催化剂存在不足，因为它表现出相对较低的oer活性。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供了一种对水分解的her和oer半反应都表现出了优异的mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

3、一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂，所述电催化剂包括衬底和负载于所述衬底上的非晶二硫化钼包覆的硫化镍纳米棒。

4、在上述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂中，硫化镍纳米棒直径为90-100nm，长度为5-7μm。

5、直径和长度会影响催化剂的比表面积，本发明通过控制硫化镍纳米棒直径和长度将纳米棒达到最佳比表面积，使得电催化复合材料潜在的活动位点增多，催化性能进一步提高。

6、在上述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂中，非晶二硫化钼包覆的硫化镍纳米棒具有粗糙表面的纳米棒阵列形貌。

7、本发明双功能电催化复合材料具有粗糙表面的纳米棒阵列形貌相比于平坦的催化剂表面可以提供更大的比表面积。而且硫化镍(ni3s2)具有由于其独特的理化性质，在oer过程中表现出卓越的催化性能，同时棒状结构进一步增加了其比表面积。

8、在上述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂中，衬底为泡沫镍。

9、本发明还提供了一种上述mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：将硫代乙酰胺、四水氯化锰和二水钼酸钠溶解于含乙醇的水溶液中，然后加入衬底进行反应，反应完成后依次进行洗涤和干燥得电催化复合材料。

10、在上述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法中，硫代乙酰胺、四水氯化锰和二水钼酸钠的摩尔比为1：(3-5)：(2-3)。

11、在上述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法中，含乙醇的水溶液中水与乙醇的摩尔比为(1.5-2.5)：1。

12、在上述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法中，反应温度为120-180℃，时间为8-12h。

13、本发明还提供了一种上述mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂在电催化分解水反应中的应用。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1.本发明通过控制硫代乙酰胺、四水氯化锰和二水钼酸钠的比例来控制非晶mos2包覆的ni3s2纳米棒的生长过程，使非晶mos2包覆的ni3s2形成一维棒状结构，制备过程操作简单；

16、2.本发明一维mn掺杂的非晶mos2包覆的ni3s2纳米棒以阵列形式原位生长在衬底上，可以直接作为电催化分解水反应的工作电极，利于实际电化学应用；

17、3.本发明得益于其一维疏松的棒状结构和大比表面积特征，这种一维mn掺杂的非晶mos2包覆的ni3s2纳米棒阵列对水分解的her和oer半反应都表现出了优异的电催化性能，开拓了电催化分解水反应的研究思路。

技术特征：

1.一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂，其特征在于，所述电催化剂包括衬底和负载于所述衬底上的非晶二硫化钼包覆的硫化镍纳米棒。

2.根据权利要求1所述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂，其特征在于，硫化镍纳米棒直径为90-100nm，长度为5-7μm。

3.根据权利要求1所述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂，其特征在于，非晶二硫化钼包覆的硫化镍纳米棒具有粗糙表面的纳米棒阵列形貌。

4.根据权利要求1所述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂，其特征在于，衬底为泡沫镍。

5.一种如权利要求1所述mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将硫代乙酰胺、四水氯化锰和二水钼酸钠溶解于含乙醇的水溶液中，然后加入衬底进行反应，反应完成后依次进行洗涤和干燥得电催化复合材料。

6.根据权利要求5所述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法，其特征在于，硫代乙酰胺、四水氯化锰和二水钼酸钠的摩尔比为1：(3-5)：(2-3)。

7.根据权利要求5所述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法，其特征在于，含乙醇的水溶液中水与乙醇的摩尔比为(1.5-2.5)：1。

8.根据权利要求5所述一种mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂的制备方法，其特征在于，反应温度为120-180℃，时间为8-12h。

9.一种如权利要求1所述的mn掺杂晶态ni3s2@非晶态mos2异质结纳米棒电催化剂在电催化分解水反应中的应用。

技术总结
本发明属于电催化水分解技术领域，涉及一种Mn掺杂晶态Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;@非晶态MoS<subgt;2</subgt;异质结纳米棒电催化剂及其制备方法和应用。本发明通过控制硫代乙酰胺、四水氯化锰和二水钼酸钠的比例来控制非晶MoS<subgt;2</subgt;包覆的Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;纳米棒的生长过程，使非晶MoS<subgt;2</subgt;包覆的Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;形成一维棒状结构，制备过程操作简单；得益于其一维疏松的棒状结构和大比表面积特征，这种一维Mn掺杂的非晶MoS<subgt;2</subgt;包覆的Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;纳米棒阵列对水分解的HER和OER半反应都表现出了优异的电催化性能，开拓了电催化分解水反应的研究思路。

技术研发人员：石青,叶少波,杨为佑
受保护的技术使用者：宁波工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29