一种在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法

本发明涉及电催化材料领域，具体涉及一种在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法。

背景技术：

1、太阳能是地球上最丰富的自然资源之一，氢能凭借其高的能量密度成为人们的优先选择，人们选择使用更加绿色环保的电解水制氢来储存太阳能产生的电能，电解水包括两个半反应，阴极区发生两个电子转移的还原反应产生氢气，而阳极区发生四个电子转移的氧化反应产生氧气，因此阳极区的析氧反应是整个电解水的限制步骤。

2、传统的阳极析氧催化剂如ruo2和iro2由于其较低的地球储存丰度和高昂的成本限制了电解水的工业化发展。镍基纳米材料在电解水领域展现出显著的优势，研究了镍的化合物、氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物、磷化物等，将镍元素与非金属相结合可以获得更加适合的中间体。例如专利cn116024583a通过水热法以硝酸镍和硫代硫酸钠分别为镍源和硫源在泡沫镍上合成了硫化镍纳米棒阵列，在1m的koh溶液中，仅需要270mv的过电位就可以达到10ma cm-2的电流密度。目前助催化剂在电催化领域具有增强氧化反应的电子转移能力和活性位点数量的作用，钒元素具有价态变化大，丰富的氧化态，并且与硫化镍相结合可以更好地调控其结构性质和相关功能。但现有技术中存在如下问题：硫化钒在合成的过程中，容易堆叠，形成较大尺寸的纳米片，会减少活性位点的暴露。

3、综上所述，钒元素的掺杂能够增强镍基材料的析氧催化活性，但现有技术中存在：在水热的过程中，形成的硫化钒尺寸较大并且容易堆叠，减少了活性位点的暴露。

技术实现思路

1、本发明所需要解决的技术问题是如何增强在硫化钒材料在析氧条件下的稳定性问题，通过钴掺杂，在水热过程中与钒离子在硫离子的结合上竞争，从而减小硫化钒纳米片的生长，从而获得更大的活性面积。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将镍盐、尿素和氟化铵溶解在水中，搅拌形成溶液，将基底材料浸入其中，然后进行水热反应，取出生长氢氧化镍的基底材料，冲洗，干燥；

5、(2)将钒源、钴源和硫源加入水中，调节ph，搅拌得到均匀溶液；

6、(3)取步骤(1)中获得的生长氢氧化镍的基底材料加入到步骤(2)的溶液中，然后进行水热反应，取出后冲洗，干燥保存。

7、优选地，步骤(1)中，所述镍盐、尿素和氟化铵的物质的量之比为1:(4-6):(1.5-2.5)；进一步优选地，所述镍盐、尿素和氟化铵的物质的量之比为1:5:2。

8、优选地，步骤(1)中，所述溶液中的镍盐的物质的量为1-8mmol。

9、优选地，步骤(1)中，所述基底材料包括碳纸、镍网、铜网中的一种；进一步优选地，所述基底材料为碳纸；所述基底材料依次使用浓硝酸，乙醇，水清洗。

10、优选地，步骤(1)中，所述水热反应的温度为100-140℃，时间为4-10h。

11、优选地，步骤(1)中，所述镍盐包括硫酸镍、六水硫酸镍中的至少一种。

12、优选地，步骤(1)中，使用超纯水和乙醇的混合溶液冲洗生长氢氧化镍的基底材料数次，60℃真空干燥。

13、优选地，步骤(2)中，所述钒源、钴源的总物质的量与硫源的物质的量之比为1：(7-8)；进一步优选地，所述钒源、钴源的总物质的量与硫源的物质的量之比为1：7.5。

14、优选地，步骤(2)中，所述钴源的物质的量与钒源、钴源的总物质的量之比≤20％；进一步优选地，所述钴源的物质的量为钒源、钴源的总物质的量的1-10％。

15、优选地，步骤(2)中，调节所述ph值为8.5-9.5；采用氨水进行ph调节。

16、优选地，步骤(3)中，所述水热反应的温度为170-190℃，时间为8-12h；进一步优选地，所述水热反应的温度为180℃，时间为10h。

17、优选地，步骤(3)中，使用超纯水和乙醇的混合溶液冲洗材料数次，60℃真空干燥12h，干燥保存。

18、本发明第二方面提供了一种氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的材料，由所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法制备得到。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、本发明通过一种简单的技术手段，在基底材料上生长氢氧化镍纳米片，然后通过钴掺杂硫化钒生长在氢氧化镍的表面，在水热反应的过程中，氢氧化镍前驱体会与硫离子发生反应产生硫化镍，与此同时钴离子与钒离子在与硫离子结合上发生竞争，从而降低了硫化钒的尺寸，增加了催化剂的活性面积和稳定性。

技术特征：

1.一种在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍盐、尿素和氟化铵的物质的量之比为1:(4-6):(1.5-2.5)。

3.根据权利要求1所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述基底材料包括碳纸、镍网、铜网中的一种。

4.根据权利要求1所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述水热反应的温度为100-140℃，时间为4-10h。

5.根据权利要求1所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述镍盐包括硫酸镍、六水硫酸镍中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述钒源、钴源的总物质的量与硫源的物质的量之比为1：(7-8)。

7.根据权利要求6所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述钴源的物质的量与钒源、钴源的总物质的量之比≤20％。

8.根据权利要求1所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，调节所述ph值为8.5-9.5。

9.根据权利要求1所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水热反应的温度为170-190℃，时间为8-12h。

10.一种氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的材料，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种在氢氧化镍纳米片上生长钴掺杂硫化钒的制备方法，包括以下步骤：(1)将镍盐、尿素和氟化铵溶解在水中，搅拌形成溶液，将基底材料浸入其中，然后进行水热反应，取出生长氢氧化镍的基底材料，冲洗，干燥；(2)将钒源、钴源和硫源加入水中，调节pH，搅拌得到均匀溶液；(3)取步骤(1)中获得的生长氢氧化镍的基底材料加入到步骤(2)的溶液中，然后进行水热反应，取出后冲洗，干燥保存。本发明通过钴掺杂硫化钒生长在氢氧化镍的表面，在水热反应的过程中，氢氧化镍前驱体会与硫离子发生反应产生硫化镍，与此同时钴离子与钒离子在与硫离子结合上发生竞争，从而降低硫化钒尺寸，增加催化剂的活性面积和稳定性。

技术研发人员：王梦晔,王浩伟,高峰,何佳庆,刘佳雯,易楷
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6