[发明专利]一种NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料制备方法和应用，属于纳米材料、金属有机配合物纳米材料和催化等技术领域。其制备方法是采用噻吩基配体HL和泡沫镍氧化还原自组装制备泡沫镍负载金属‑有机配位聚合物Ni@NiL复合材料；将该复合材料在空气氛煅烧，制得NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料。该制备方法，所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，具有工业应用前景。将该杂化材料用于催化电解水析氧，具有良好的析氧电催化活性与电化学稳定性。

技术领域

本发明涉及一种NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料制备方法和应用，属于纳米材料、金属有机配合聚合物和催化等技术领域。

背景技术

在能源稀缺的21世纪, 无污染可再生的氢气，被认为替代化石燃料最有前景的新能源之一。然而，电解水反应过程中过高的电催化析氧过电位，严重降低了其电能利用率,限制了电解水制氢工业的发展。因此, 稳定和高效电催化析氧催化剂的研究开发，对于提高电解水工业的电能利用率具有非常重要的意义。

在很多已探索的体系中，二氧化铱(IrO₂)和二氧化钌(RuO₂)被认为最有效。然而，他们稀缺和昂贵的价格，限制了其广泛实际的应用，为此，开发高效、价廉且地球含量丰富的非贵金属析氧催化剂，降低析氧电消耗成为一个机遇和挑战。

价廉、高活性的过渡元素氧化物催化剂，具有工业应用前景；碳基或杂原子掺杂的过渡元素氧化物复合材料催化剂也是析氧催化剂的创新性选择。

近年来，金属有机配位聚合物在气体储存、分离、催化、识别和药物传输等领域获得了广泛的应用，其周期性的结构以及结构的多样性，提供了以其为前体构建碳或(和)金属基纳米材料的独特优势。目前，源于金属有机配位聚合物前体或模板功能材料的研究日益增多，例如，多孔碳、金属氧化物、金属/碳和金属氧化物/碳纳米材料已被报道，所构建的金属氧化物，用于高效超级电容器、锂离子电池和氧还原等，已显现出优异的性质，但常采用的策略是600-800℃的高温热解，该高温过程，金属有机配位聚合物前体常常框架倒塌导致生成的纳米氧化物团聚。

发明内容

本发明的技术任务之一是为了弥补现有技术的不足，提供一种NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料的制备方法，该方法所用原料成本低，制备工艺简单，反应能耗低，具有工业应用前景。

本发明的技术任务之二是提供该一种NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料的用途，即将该材料用于高效催化电解水析氧，该催化剂具有良好的析氧电催化活性与电化学稳定性。

本发明的技术方案如下：

1. 一种NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料制备方法，制备步骤如下：

（1）采用噻吩基配体HL和泡沫镍氧化还原自组装制备泡沫镍负载金属-有机配位聚合物Ni@NiL复合材料；

所述噻吩基配体HL，构造式如下：

制备方法如下：

10 mmol的3-噻吩甲醛溶于20-30 mL甲醇；10 mmol的L-丙氨酸和5 mmol的碳酸钠溶于20-30 mL的水中；两溶液共混，加热回流1h；将混合液旋蒸，60℃干燥，制得噻吩基配体HL，产率92-95%；

（2）将Ni@NiL复合材料复合材料在空气氛煅烧，制得泡沫镍负载氧化镍和硫化镍纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料，即一种NiO/NiS纳米粒子共掺杂碳氮杂化材料。

所述步骤（1）中采用噻吩基配体HL和泡沫镍Ni氧化还原自组装制备泡沫镍负载金属-有机配位聚合物Ni@NiL复合材料，步骤如下：

将1.0-1.5g的噻吩基配体HL溶于15-18 mL水，制得噻吩基配体HL的水溶液；