[发明专利]一种毛虫状镍钴硫化物纳米阵列及其合成与应用

说明书

本发明涉及一种毛虫状镍钴硫化物纳米阵列及其合成与应用，该毛虫状镍钴硫化物纳米阵列的制备包括以下步骤：首先，以水热法在碳布基底上原位生长毛虫状的NiCo层状双金属氢氧化物(LDH)前驱体，分别以Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、CH₄N₂O作为反应物，NH₄F作为表面控制剂；随后，利用Na₂S为硫化剂与前驱体发生阴离子交换反应进一步获得多孔NiCo₂S₄阵列。与现有技术相比，本发明通过引入过渡金属硫化物的组成、形貌、三维多孔导电结构以及Ni/Co的协同效应，使得该电极材料在电解水以及尿素电解方面表现出优异性能。

技术领域

本发明属于电催化材料制备技术领域，涉及一种毛虫状镍钴硫化物纳米阵列及其合成与应用。

背景技术

目前，由于化石燃料的减少，以及伴随其使用出现的各种环境问题，人类对可再生能源需求增加。为了能够有效利用可再生能源，开发高性能，低成本以及环境友好的能源转换和存储系统非常重要。

电化学分解水作为一种可以大规模生产可持续清洁能源氢气的方法因其环保以及装置成本低等而受到关注。但是，其阳极上的产氧半反应由于动力学缓慢被视为水分解的瓶颈。因此，一方面，探索价格低，耐用和高效的电解水催化剂成为技术发展的必然要求，另一方面，利用其它分子例如尿素等在阳极氧化取代产氧反应，来降低反应热力学或者提高反应动力学也是一种有前景的方式。

从根本上说，这些能量转换体系的性能与电极材料特性直接相关。因此，电极材料的设计与开发在电化学能量转换发展中起着举足轻重的作用。除此之外，材料的双功能/多功能特性也是目前迫切需要进行研究的领域，有利于材料的商业化生产，并且还为进一步开发提供了空间。

为了提高催化性能，可以向单金属化合物中引入另一种掺杂金属，通过双金属协同效应，调整电子结构或表面性能来增强其催化活性。因此，选择合适的元素进行掺杂是制备性能优异的电催化剂的关键，本发明也正是基于上述问题而提出的。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种毛虫状镍钴硫化物纳米阵列及其合成与应用。首先，以水热法在碳布基底上原位生长毛虫状的NiCo层状双金属氢氧化物(LDH)前驱体，分别以Co(NO₃)₂·6H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、CH₄N₂O作为反应物，NH₄F作为表面控制剂。随后，利用Na₂S为硫化剂与前驱体发生阴离子交换反应进一步获得多孔NiCo₂S₄阵列。过渡金属硫化物的组成、形貌、三维多孔导电结构以及Ni/Co的协同效应，使得该电极材料在电解水以及尿素电解方面表现出优异性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提出了一种毛虫状镍钴硫化物纳米阵列的合成方法，包括以下步骤：

(1)取碳布清洗后作为基底，备用；

(2)取Ni(NO₃)₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O、CH₄N₂O(即尿素)和表面控制剂加入到去离子水中，溶解得到均一澄清的粉红色溶液，然后，将粉红色溶液转移至反应釜中，垂直放入步骤(1)所得到的基底，加热反应，反应结束后取出基底冲洗、干燥，得到中间产物；