[发明专利]退火法制备氮掺杂的硫化镍析氢催化剂的方法及其应用

说明书

本发明属于电催化析氢技术领域，涉及一种退火法制备氮掺杂的硫化镍析氢催化剂的方法，称取硫脲于瓷舟中，移至程序升温管式炉的上游，取一片预处理好的泡沫镍置于另一瓷舟，移至下游，在惰性气体保护下升温至300～500℃煅烧保温30～100min，待自然冷却至室温后即得。本发明还将所制得的催化剂，作为工作电极，于碱性条件下电解水析氢。本发明以泡沫镍为基底，硫脲作为硫源和氮源，通过一步退火法合成的氮掺杂的硫化镍电催化剂，显著改变了Ni₃S₂的形态和电子结构，暴露了更多的表面活性位点，增加导电率，增强了析氢反应活性。本发明解决了镍的各种硫化物电导率低，表面活性位点少等缺点，提高了其电催化析氢性能，且在碱性中的稳定性极好，有望工业化。

技术领域

本发明属于电催化析氢技术领域，涉及析氢催化剂的制备，特别涉及一种退火法制备氮掺杂的硫化镍析氢催化剂的方法及其应用。

背景技术

当今社会的发展过度依赖于化石燃料，而化石燃料的过度消耗加剧了环境污染和能源危机。因此，开发清洁、可再生且环境友好的可替代能源已迫在眉睫。对比各种可替代能源，氢气由于其燃烧值高并且燃烧产物只有水，被认为是取代传统化石燃料的最有前景的能源载体。电解水制取氢气被认为是一种绿色且可持续的氢气生产方法。贵金属如铂基催化剂具有优异的析氢反应（HER）活性，但是由于成本高储量低大大限制了其应用，所以急需寻求更加廉价易得的析氢反应催化剂。

近年来各种镍基催化剂被广泛应用于电催化析氢领域，典型的例子有镍的各种硫化物、硒化物、氧化物、氢氧化物和各种镍合金。镍的各种硫化物由于其导电性好并且在碱性介质中的稳定性高，从而被认为是一种有前途的析氢反应（HER）催化剂。但是，目前报道的关于镍的各种硫化物的催化活性仍然较低。研究表明，硫化镍的活性与表面S原子的配位数和邻近Ni原子的电荷耗尽高度相关。因此，可以通过氮（N）掺杂来提高氢吸附自由能进而提高硫化镍的析氢反应活性。

目前还没有关于氮掺杂的硫化镍（N-Ni₃S₂/NF）纳米材料在碱性中的电催化析氢性能的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于公开了一种退火法制备氮掺杂的硫化镍（N-Ni₃S₂/NF）析氢催化剂的方法。

技术方案：

退火法制备氮掺杂的硫化镍析氢催化剂的方法，具体步骤如下：

按照0.5～2 g硫脲对应一片预处理好的泡沫镍的比例，称取硫脲于瓷舟中，转移至程序升温管式炉的上游，然后取预处理好的泡沫镍置于另一瓷舟，移至程序升温管式炉的下游，在惰性气体保护下升温至300～500 ℃煅烧保温30～100min，待自然冷却至室温后，取出即得。

本发明的较优公开例中，所述预处理好的泡沫镍，是将泡沫镍裁剪成一定大小，依次用盐酸和丙酮超声清洗15～30min，除去其表面的氧化物，再用无水乙醇和去离子水各超声2～3次，每次5～10min，最后真空干燥，得到预处理泡沫镍。

本发明的较优公开例中，所述惰性气体为氮气。

本发明的较优公开例中，所述升温速率为5 ℃/min。

本发明的较优公开例中，优选1 g硫脲对应一片预处理好的泡沫镍的比例，在惰性气体保护下400℃煅烧保温90min。