[发明专利]一种泡沫镍基电解水制氢催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种泡沫镍基电解水制氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：将高铼酸铵、硫代乙酰胺、氟化铵、环六次甲基四胺溶于去离子水中，得到前驱体溶液，转移至水热釜内，加入泡沫镍，通过溶剂热一锅反应在泡沫镍上原位生长Re_xNi_3‑xS₂超薄纳米片超薄纳米片，反应完毕后，自然冷却，取出产物，冲洗，烘干，得到泡沫镍基Re_xNi_3‑xS₂超薄纳米片复合材料电解水制氢催化剂。采用原位生长于泡沫镍的铼掺杂改性的过渡金属镍的硫化物超薄纳米片复合材料作为电解水制氢催化剂，相对于贵金属基催化剂而言，降低了催化剂的成本，相对于单一组分且未经掺杂改性的过渡金属硫化物纳米片催化剂而言，提高了电解水制氢催化剂的本征催化活性。

技术领域

本发明涉及一种泡沫镍基电解水制氢催化剂的制备方法，属于能源和催化材料领域。

技术背景

氢能被认为是21世纪最有应用前景的新能源之一。作为一种清洁高效的可再生能源，氢气可以通过热转换或者由电能和光能催化的水分解反应进行制备。其中，电催化分解水是一种高效、环保的制氢技术，具有广阔的应用前景，因此开发高效且廉价的电解水制氢催化剂至关重要。目前，贵金属铂等被认为是最高效的电解水制氢催化剂，但其价格高、储量低、稳定性差的缺点限制了贵金属催化剂的大规模应用。因此，开发廉价、稳定且高效电解水制氢催化剂是氢经济发展中亟待解决的重要问题。过渡金属价格相对低廉，其硫化物具有良好的电催化活性，受到广大研究者的关注。

目前，过渡金属化合物作为电催化析氢催化剂，通常需要使用粘接剂将其负载到其他导电基底上以方便应用，但催化剂与基底的这种结合方式并不牢固，严重时会阻碍电荷的传输，且限制了催化剂活性位点的充分暴露，降低催化剂活性与催化效率，造成材料和能源的浪费。

发明内容

本发明针对现有制氢电催化剂存在的问题，提供了一种高效的泡沫镍基电解水制氢催化剂的制备方法。其制备方法具有工艺流程简单，极易操作，有望大量生产等优点，制备得到的催化剂具有超薄纳米片结构，且原位负载于泡沫镍之上。大孔结构泡沫镍自生长超薄纳米片的稳定结构提高了电子转移速率，充分暴露了催化剂活性位点，有利于传质与氢气析出，铼掺杂不仅使Ni₃S₂生长为超薄纳米片，其拥有丰富的边缘，大大增加了电化学活性面积，更使其取向生长并暴露电催化HER活性最高的高指数晶面{10}，同时构建了Re-S键，调控了Ni₃S₂的电子结构，提高了其电催化分解水析氢的本征活性，最终形成了高效的泡沫镍基Re_xNi_3-xS₂（0＜x＜3）超薄纳米片复合材料电解水制氢催化剂。

本发明的技术方案是：一种泡沫镍基电解水制氢催化剂的制备方法，包括如下步骤：将高铼酸铵、硫代乙酰胺、氟化铵、环六次甲基四胺溶于去离子水中，得到前驱体溶液，转移至水热釜内，加入泡沫镍，进行包含两个阶段的溶剂热一锅反应，其中，第一阶段的温度为120 ℃，保温时间为4 h，第二阶段温度为220 ℃，保温时间为24 h；反应完毕后，自然冷却，取出产物，冲洗，烘干，得到泡沫镍基电解水制氢催化剂。

进一步地，制备前驱体溶液时，所使用的高铼酸铵、硫代乙酰胺、氟化铵、环六次甲基四胺和去离子水的质量比为3.3:6:5:6:10。

进一步地，所加入的泡沫镍的尺寸为0.5×4 cm²，前驱体溶液浸没所述泡沫镍。

本发明的有益效果是：

1. 本发明采用原位生长于泡沫镍的铼掺杂改性的过渡金属镍的硫化物超薄纳米片作为电解水制氢催化剂，相对于贵金属氧化物催化剂而言，降低了催化剂的成本。