[发明专利]一种中空介孔结构NiCoS多面体的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于清洁能源制备技术领域，具体涉及一种中空介孔结构NiCoS多面体的制备方法及其应用。

背景技术

随着人类生活水平的快速发展，人们对能源的需求也在持续增长，能源问题也随之而来。氢气作为21世纪最理想的清洁能源，逐渐引起全球科学家的关注。电解水技术基于电化学分解水的原理，利用可再生电能或太阳能驱动水分解为氢气和氧气，被认为是最有前途和可持续性的产氢途径。然而，电解水制氢技术需要高活性、高稳定性的氢析出和氧析出催化剂使电解反应经济节能。在探索高活性的电催化剂的研究中，许多研究主要限制在酸性条件下的或碱性条件下的以及其它稀有贵金属的复合物和氧化物，已有工作表明贵金属（Pt，Pt/Ru）及贵金属氧化物（RuO₂，IrO₂）是有效的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）电催化剂，显示出高的活性和较低的过电势。但这些贵金属在地球上的资源并不丰富，价格昂贵，不适于工程类应用，并不是理想的催化剂。在低成本下开发出高效耐久的水氧化催化剂对于广大科研工作者依然是一项巨大的挑战。

目前，过渡金属硫化物已经被认为是具有很好发展前景的电催化材料。相比二元硫化物，三元钴镍硫化物能够更好的调节材料的晶体和电子结构，暴露更多活性位点，从而提高电催化性能。

而近年来，随着配位化学的发展，以金属离子和有机配体自组装形成的金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks，MOFs)结构材料引起学术界的高度关注。其中类沸石咪唑酯骨架材料(zeolitic imidazolate frameworks，ZIFs)是由二价过渡族金属离子与咪唑基配体络合后形成的一种具有沸石拓扑结构的新型金属-有机骨架化合物材料。近年来，ZIFs及其衍生物因其独特结构和物理化学性质，在电化学能源转换中的应用备受关注。MOFs作为电催化剂具有以下几个显著特点：（1）具有高度有序多孔结构，孔径分布均一，比表面积大，有利于活性组分的分散，为电催化反应提供大量活性位点；（2）孔径的可调控性，通过调整金属中心和有机配体可得到超微孔到介孔各种孔径的材料，有利于复杂多孔催化剂的制备；（3）易功能化和修饰，有利于ZIFs与其他功能性物质相结合，制备复合材料，改善ZIFs本身的电催化性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前电催化剂成本较高、活性较差的问题，提供一种中空介孔结构NiCoS多面体的制备方法及其应用，该方法以ZIF-67为模板，通过水热和煅烧的方法制备具有中空介孔结构的NiCoS多面体结构，并且在碱性溶液中具有较好电催化活性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种中空介孔结构NiCoS多面体的制备方法，所述方法步骤如下：

步骤一：将3.495g二价钴盐溶于120mL甲醇 (AR，99.5%) 中，将3.942g 2-甲基咪唑溶于40mL甲醇 (AR，99.5%)中，将得到的两种溶液混合搅拌，静止，得到ZIF-67；

步骤二：将步骤一制备好的ZIF-67与硝酸镍进行混合搅拌，离心10min，转速为10000r/min，真空干燥12小时，即得到中间体ZIF-67/NiCo双层氢氧化物；

步骤三：将步骤二得到的中间体ZIF-67/NiCo双层氢氧化物分散在20 mL乙醇溶液中，加入0.06g硫代乙酰胺进行搅拌，然后放置到反应釜中进行水热反应，水热温度为120℃，水热时间为4~6h，反应后所得到的沉淀离心，离心时间10min，离心转速10000r/min，真空干燥10h，随后在保护气氛中350℃煅烧2h，得到中空介孔结构NiCoS多面体。

一种上述制备的中空介孔结构NiCoS多面体的应用，作为电催化剂的应用，具体为：超声条件下，取2mg中空介孔结构NiCoS多面体分散在500μL的5wt.%的Nafion水溶液中，然后修饰在玻碳电极上，得到修饰样品的玻碳电极。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

（1）所制备具有独特中空介孔结构的NiCoS多面体具有更大比表面积（123m² g^-1），更有利于电子的传递，气泡的释放，能够暴露更多活性位点数目，从而大大提高了在氧析出反应（OER）等方面的电催化性能。