[发明专利]一种α-硫化镍/石墨烯复合材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于清洁可持续新型能源制备应用领域，特别涉及一种α-硫化镍/石 墨烯复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

能源是现代经济的重要支撑，是人类社会生存和发展的重要基础，对经济、 社会发展起着不可或缺的重要推动作用。随着中国经济的快速发展和人口的迅 速增长，对能源的需求量越来越大，能源消耗大幅增加、传统能源资源日益减 少同时所引起的生态环境恶化问题日益凸显。氢气具有资源丰富、热值高、燃 烧过程和产物无污染并且易储存和运输等特点,被认为是最有可能替代化石燃 料的新能源载体。电催化析氢是产氢的方法之一，传统的电化学析氢催化剂大 多为铂之类的贵金属，虽然表现出较为优越的电化学催化析氢活性，但是贵金 属催化剂制备成本高、地球储存量少，限制了其进一步发展和实际应用。

硫化镍一种金属硫化物，因其较低的析氢过电位而成为制氢的研究热点,α- 硫化镍相比β-硫化镍具有较好的导电性和其他优良的物理特性，使其在碱性条 件下具有较高的催化析氢性能，但在长时间的电化学应用过程中，材料形貌与 结构会发生破坏，降低其催化的稳定性，不利于长时间的应用。

石墨烯是典型的二维材料，由于石墨烯具有很高的比表面积、超强的力学 性能、高的导电和导热等优异性能，可以作为许多纳米材料的载体。因此，本 发明使用石墨烯和硫化镍的复合纳米结构材料作为电极，石墨烯优良的导电性 和稳定性，不仅有利于加速复合材料电极反应过程中的电子传递，减小界面电 荷转移电阻，而且有效增强材料在循环过程中的形貌与结构稳定性，从而大大 提升其电化学性能。

在NiS及其复合材料制备方面，人们进行了不同的探究工作。Yung-EunSung 等人以乙酰丙酮镍，十二硫醇，油酰胺为原料，通保护气体下高温反应得到NiS 纳米粒子(Nanoscale,2015,7,5157–5163)。此方法使用大量的有机试剂，本身 价格昂贵外在后处理过程中不宜去除而易影响材料本身的性能。NguyenVan Hieu等人通过两步法，以先制备的Ni(OH)₂为原料在H₂S气氛下得到α-硫化镍 纳米片(MaterialsLetters161(2015)282–285)，不仅制备方法复杂且使用较危 险的气体作为前驱体，不适用较大规模的制备及应用。

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种形貌可控的α相的硫化镍 与石墨烯复合材料，将其第一次应用于电化学催化析氢领域并表现出良好的催 化析氢性能。该α-硫化镍/石墨烯复合材料具有制备方法简单、可操作性强、催 化活性高、稳定性好等特点

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种α-硫化镍/石墨烯复合材 料的制备方法及其应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种α-硫化镍/石墨烯复合材料 的制备方法，步骤如下：

(1)将氧化石墨烯分散于乙二醇与水的混合溶液中，超声获得浓度为6～ 10mg/mL的氧化石墨烯溶液，然后向氧化石墨烯溶液中加入氯化镍、硫脲，超 声分散均匀，获得混合溶液。

(2)将步骤(1)中的混合溶液转移到反应釜中，在180℃-220℃下进行水 热反应得到产物,将产物离心后，用去离子水多次洗涤，干燥，获得α-硫化镍/ 石墨烯复合材料。

进一步地，步骤(1)中乙二醇与水的体积比为2:0.75～1.5。

进一步地，步骤(1)中的氧化石墨烯与氯化镍的质量比为0.8～7：50，氯 化镍与硫脲的质量比为1：1～5。

进一步地，所述氧化石墨烯与氯化镍的质量比为4.5：50，氯化镍与硫脲的 质量比为1：5。

进一步地，步骤(2)中反应釜的反应时间为16～20h。

一种α-硫化镍/石墨烯复合材料的应用，所述应用为：将α-硫化镍/石墨烯复 合材料应用于电催化析氢。