[发明专利]氧缺陷氧化钼/硫化镍/泡沫镍电催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氧缺陷氧化钼/硫化镍/泡沫镍电催化剂及其制备方法，其中方法包括：制备0.05～0.1mol/L的含钼化合物溶液，溶剂选自乙醇和水的组合物，加入含硫化合物，使得钼与硫的摩尔比为1:4～1:6，加入过量的泡沫镍，于135～145℃条件下水热反应16～24h，冷却至室温后得到。本发明制备方法通过一步水热法在得到氧缺陷氧化钼的同时将部分泡沫镍硫化得到具有催化活性的硫化镍，协同提高电催化剂的电催化活性；较低的反应温度使得无定型MoO_x含有氧空位，从而提高电催化剂的析氢反应催化性能。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，特别是涉及一种氧缺陷氧化钼/硫化镍/泡沫镍电催化剂及其制备方法。

背景技术

氢气是一种清洁可再生的新型燃料，对替代传统化石燃料，实现产业技术升级具有重要意义。氢能的燃烧值极高，且其燃烧产物只有H₂O，不会产生任何污染物和温室气体如CO₂。更重要的是，氢能的获取可直接通过电解水析氢反应获取，原料丰富。但析氢反应的过电位较高，一般需铂类贵金属作催化剂以降低过电位，而贵金属催化剂价格昂贵且资源短缺，因此限制了电解水制氢在工业上的广泛应用。

在众多的非铂系析氢反应电催化剂中，钼氧、钼硫化物等钼系过渡金属电催化剂，由于价格低廉，催化析氢性能较好，引起研究者的重要关注。相比于钼硫化物，钼氧化物在空气中稳定，而且在强碱、强酸性溶液中具有更好的耐腐蚀性，因而更具有吸引力。MoO₃为常见的钼氧化物，但晶态MoO₃的活性位点较少，导电性差，催化性能仍远低于铂类催化剂。将MoO₃与其它材料复合可以得到异质界面，进而暴露更多的活性位点。另外，含有氧缺陷的MoO₃已被证实具有优异的析氢催化性能，其氧空位作为活性位点可以带来更高的产氢速率。同时，氧空位的存在能够缩小MoO₃的能带隙，从而提升电催化剂的导电性。研究发现无定型材料含有丰富的缺陷，暴露了更多的活性位点，因此普遍表现出优异的催化性能。因此向无定型MoO_x中同时引入异质界面和氧缺陷将显著提升材料的催化性能，但目前还没有相关材料的报道。

发明内容

本发明提供一种氧缺陷氧化钼/硫化镍/泡沫镍电催化剂及其制备方法，以实现电催化剂的改进。具体技术方案如下：

本发明的第一方面提供了一种氧缺陷氧化钼/硫化镍/泡沫镍电催化剂的制备方法，所述方法包括：

制备0.05～0.1mol/L的含钼化合物溶液，溶剂选自乙醇和水的组合物，其中，乙醇和水的体积比为1～2：1，所述含钼化合物选自钼酸钠或钼酸铵；

加入含硫化合物，使得钼与硫的摩尔比为1:4～1:6，所述含硫化合物选自硫脲或硫代硫酸钠；

加入过量的泡沫镍，于135～145℃条件下水热反应16～24h，冷却至室温后得到氧缺陷氧化钼/硫化镍/泡沫镍电催化剂。

在本发明的一种实施方案中，所述泡沫镍与前驱体液之间的质量比为1：14～15。

在本发明的一种实施方案中，水热反应时间为18～20h。

本发明的第二方面提供了一种如第一方面所述制备方法制得的氧缺陷氧化钼/硫化镍/泡沫镍电催化剂，其中，以三维泡沫镍为基底材料，三维泡沫镍的表面生长有无定形氧化钼和硫化镍颗粒，所述硫化镍颗粒的平均粒径为10～25nm。

在本发明的一种实施方案中，无定形氧化钼和硫化镍颗粒以MoO_x/Ni₃S₂球的形式存在于泡沫镍的表面。

在本发明的一种实施方案中，MoO_x/Ni₃S₂球的平均粒径为0.5～1μm。