[发明专利]一种桑葚状NiS/Ni复合纳米颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种桑葚状NiS/Ni复合纳米颗粒及其制备方法，以及在电催化水分解中的应用，属于催化剂制备技术领域。本发明通过在镍纳米颗粒上进行部分硫化处理得到具有桑葚状的复合材料，调节反应时间和硫粉的量来调控硫化反应的程度，从而获得表面结构较好的桑葚状NiS/Ni复合结构，实现了电解水催化剂同时具有高催化活性与电化学稳定性优点的目的，并且该材料既可以作为析氢电极也可以作为析氧电极，具有双功能性。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种桑葚状NiS/Ni复合纳米颗粒及其制备方法，以及在电催化水分解中的应用。

背景技术

能源与环境问题已成为未来社会经济发展必须解决的难题，开发清洁可再生能源为可持续性经济社会发展提供了切实可行的方案。作为清洁能源的重要组成部分，氢能清洁无污染，因此，发展高能效比、低成本的规模化制氢技术将具有非常重大的社会经济效益。利用电催化水分解技术制取氢气是一种重要的制氢方式，可以对太阳能风能等间歇性清洁能源进行再存储利用。但是传统贵金属衍生材料的成本高昂，非贵金属材料由于较高的过电势，额外电能消耗大，导致其能源转换率低，另外该材料在酸碱电解液中的结构稳定性等问题，严重限制了其规模化。因此，开发廉价高效且结构稳定的电催化剂拥有良好的市场前景。

金属镍纳米材料是一类被广泛研究的非贵金属催化剂材料，目前多种金属镍单质、合金或者复合材料被报道作为高性能的水分解催化剂。其中，单质镍纳米颗粒由于结构尺寸及表面活性等问题，导致电化学稳定性较差，因此，常用结构包覆或者异质复合来提升稳定性，例如，Qiao等(Energy Environ.Sci,2013,6,3693–3699)报道了一种水热还原的石墨烯限域制备氮掺杂的镍纳米颗粒催化剂，材料表现出较高的电流密度，但是显示本征活性的塔菲尔斜率较大；Xv等(Adv.Mater.2017,29,1605957)报道了一种少层氮掺杂碳包覆的镍纳米颗粒的电解水应用，但是存在在800℃下高温碳化来实现碳包覆的制备过程，导致能源的浪费，此外该材料析氢过电位较大；Ho等(Nano Energy,2016,27,247-254)报道了镍钼合金纳米材料的析氢应用，用合金化策略提升性能，具有很好的析氢催化活性，但是制备过程使用20％浓度的氢气存在较大的安全隐患。

对于NiS纳米颗粒，相关研究(Catal.Sci.Technol.,2016,6,1077)证实单一成分的NiS纳米颗粒的催化活性也不是很高，而借助于结构耦合，可以通过对NiS材料进行电子结构调控，使其具备好的催化活性。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种负载于导电基底的桑葚状NiS/Ni复合纳米颗粒及其制备方法，通过在镍纳米颗粒上进行部分硫化处理得到具有桑葚状的复合材料，实现了电解水催化剂同时具备高催化活性与电化学稳定性优点的目的，并且该材料既可以作为析氢电极也可以作为析氧电极，具有双功能性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种桑葚状NiS/Ni复合纳米颗粒，其特征在于，所述NiS/Ni复合纳米颗粒包括100～200nm的Ni纳米颗粒和10～20nm的NiS纳米晶，所述NiS纳米晶是由Ni纳米颗粒表面原位硫化形成。

一种如权利要求1所述的桑葚状NiS/Ni复合纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.在基底上制备氢氧化镍前驱体；

步骤2.将步骤1制备的氢氧化镍前驱体采用还原法制备镍纳米颗粒；

步骤3.将步骤2得到的基底放入石英管加热中心，将0.5～2mg硫粉放置于石英管上游，距离中心10～12cm；

步骤4.将石英管内部抽真空至0.1Pa以下，然后通入惰性气体使管内气压保持常压环境，再持续通入惰性气体作为载气流；

步骤5.加热石英管，使其加热中心温度达到250～350℃，然后在250～350℃下保温30～100s；