[发明专利]一种纳米棒阵列复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明实施例提供了一种Co₉S₈/MoS₂/Ni₃S₂/NF纳米棒阵列复合材料，以泡沫镍为基底，所述泡沫镍部分硫化形成Ni₃S₂纳米棒，排列生长于泡沫镍基底上；所述Co₉S₈及MoS₂分别以超薄纳米片的形式生长在所述Ni₃S₂纳米棒上。本发明所述的Co₉S₈/MoS₂/Ni₃S₂/NF纳米棒阵列复合材料，能同时催化OER和HER反应，是一种双功能催化剂；由于该材料由超薄纳米片组装而成，具有大的比表面积，多的暴露的活性位点，同时引入导电性良好的泡沫镍作基底，具有良好的导电性和高催化活性；本复合材料通过一步水热法合成，操作简便。

技术领域

本发明涉及纳米棒阵列复合材料技术领域，特别是涉及一种Co₉S₈/MoS₂/Ni₃S₂/NF纳米棒阵列复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

电解水产氢和产氧，把电能高效大量地存储在化学键中，解决了电能难以存储的同时，也获得了零污染、热值高和可循环使用的氢能，是一种高效的制备洁净、可持续能源的技术。但是，水裂解反应的两个半反应(析氢反应HER和析氧反应OER)的发生都需要较大的活化能垒，需要适宜的催化剂降低这两个半反应的能垒和过电势。

目前，活性最高的析氢反应催化剂是Pt基材料，而活性高的析氧反应催化剂为RuO₂和IrO_x材料，但这些贵金属材料因储量少，价格昂贵，易失活等缺点限制了其大规模应用，因此，非贵金属基纳米电催化剂的可控合成成为研究热点。近年来，国内外科学家成功合成了过渡金属硫化物、磷化物、氢氧化物和磷酸盐等多种材料，在催化产氢、产氧性能方面取得一些进步，但在导电性、多功能性及合成方法等方面仍存在一定问题。因此，寻找一种合成简便，导电性良好的高活性、多功能催化剂仍是电解水领域的重要挑战。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种纳米棒阵列复合材料,尤其是一种Co₉S₈/MoS₂/Ni₃S₂/NF纳米棒阵列复合材料，以作为可用于HER和OER的多功能催化剂。本发明还提供一种Co₉S₈/MoS₂/Ni₃S₂/NF纳米棒阵列复合材料的制备方法和应用。具体技术方案如下：

本发明第一方面提供了一种Co₉S₈/MoS₂/Ni₃S₂/NF纳米棒阵列复合材料，以泡沫镍为基底，所述泡沫镍部分硫化形成Ni₃S₂纳米棒，排列生长于泡沫镍基底上；所述Co₉S₈及MoS₂分别以超薄纳米片的形式生长在所述Ni₃S₂纳米棒上。

本文中，述语“超薄纳米片”具有其所属领域的一般含义，一般是指厚度小于10nm的纳米片。

在本发明第一方面的一些实施方式中，所述泡沫镍(NF)具有孔径为200-500μm的三维多孔结构。本发明采用泡沫镍，一方面具有良好的导电性，另一方面，泡沫镍的三维多孔结构，相对于镍片来说增大了基底的表面积，更加利于催化剂与电解液的接触和生成的气体的释放。