本發(fā)明屬于半導(dǎo)體電催化，具體涉及一種富硫空位ni3s2復(fù)合富氧空位comoo4異質(zhì)結(jié)全解水電催化劑(vs-ni3s2@vo-comoo4/cf)。

背景技術(shù)：

1、氫能以其能量密度大、無污染以及燃燒熱值高等優(yōu)點(diǎn)成為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的理想綠色能源候選者。電解水是一種制備高純氫氣的理想方法。然而，析氧反應(yīng)(oer)和析氫反應(yīng)(her)的緩慢動(dòng)力學(xué)和高過電位極大地限制了全解水的能量轉(zhuǎn)換效率。因此，迫切需要探索一種具有低過電位和快速反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的高性能電解水催化劑來克服高的能量勢壘。目前，雖然貴金屬基材料pt/c表現(xiàn)出優(yōu)異her活性、iro2和ruo2等貴金屬氧化物表現(xiàn)出良好的oer活性，但由于其成本高、豐度低等原因，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。因此，發(fā)展低成本和高性能的非貴金屬電催化劑來高效制氫，是氫能利用和發(fā)展的關(guān)鍵。

2、過渡金屬基電催化劑(如過渡金屬氧化物、硫化物、碳化物、磷化物、硒化物等)因其成本低、豐度高、穩(wěn)定性好和多變的氧化還原價(jià)態(tài)使其具有潛在的高催化活性。但有限的活性位點(diǎn)和緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致了低的能量轉(zhuǎn)換效率。因此，需要通過合適的修飾改性策略進(jìn)一步提高催化性能。研究表明，將具有不同功函數(shù)的化合物進(jìn)行復(fù)合，不僅能夠發(fā)揮化合物各自的優(yōu)勢，還能夠構(gòu)筑異質(zhì)界面，在異質(zhì)界面處形成內(nèi)建電場，調(diào)控電荷分布，提高催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。另外，引入氧空位是非常有用的提高催化活性的策略。氧空位會(huì)優(yōu)化鄰近原子的電子結(jié)構(gòu)，從而降低反應(yīng)中間體的分解能壘。因此，將氧空位整合到過渡金屬氧化物中可以進(jìn)一步優(yōu)化局域電荷，提高電催化活性。此外，調(diào)節(jié)高表面積催化劑的納米結(jié)構(gòu)是提高其原子利用率的有效方法之一。在多種形貌可控的納米結(jié)構(gòu)中，三維花狀結(jié)構(gòu)具有豐富的催化位點(diǎn)，在劇烈反應(yīng)中具有抗聚集性能，同時(shí)還有利于析出的氣體及時(shí)逸出，提高催化位點(diǎn)的利用率。因此，利用上述策略協(xié)同作用將能夠大幅提升電催化劑的催化性能?；诖耍景l(fā)明采用水熱-煅燒法制備出一種vs-ni3s2@vo-comoo4異質(zhì)結(jié)微米花球全解水電催化劑(vs-ni3s2@vo-comoo4/cf)，該電催化劑能夠高效催化全解水，具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種成本低，便于規(guī)模制備，應(yīng)用前景廣闊的vs-ni3s2@vo-comoo4/cf異質(zhì)結(jié)全解水電催化劑。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、(1)以na2moo4·2h2o和co(no3)2·6h2o為原料，乙醇為溶劑，采用先溶劑熱，再在ar/h2氣氛下退火的方法制備出原位生長在cf上的富氧空位comoo4微米花球(vo-comoo4/cf)；

3、(2)分別以飽和甘汞、鉑絲和vo-comoo4/cf為參比電極、對電極以及工作電極，以1mol·l-1的硫脲和設(shè)定濃度的氯化鎳混合溶液為電解液，在窗口電壓為-1.2～0.2v下，電沉積5圈，并用去離子水洗滌、烘干，得vs-ni3s2@vo-comoo4/cf電催化劑。其中氯化鎳的濃度為0.02～0.1mol·l-1。

4、與現(xiàn)有全解水電催化劑相比，本發(fā)明公開的vs-ni3s2@vo-comoo4/cf異質(zhì)結(jié)電催化劑具有以下優(yōu)勢：

5、(1)原料儲(chǔ)量豐富，制備工藝簡單、環(huán)境友好，便于規(guī)模生產(chǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

6、(2)在本發(fā)明制備的vs-ni3s2@vo-comoo4/cf異質(zhì)結(jié)全解水電催化劑中，由納米片插接而成的交聯(lián)網(wǎng)狀富硫空位ni3s2緊密生長在富氧空位comoo4微米花球表面形成異質(zhì)結(jié)，且vo-comoo4微米花球是由納米顆粒組成，vs-ni3s2@vo-comoo4異質(zhì)結(jié)微米花球原位生長在cf上，這不僅能夠暴露更多的活性位點(diǎn)，還有利于產(chǎn)生的氣體及時(shí)釋放，從而使其具有優(yōu)異的her、oer和全解水性能，在1mol·l-1koh電解液中，達(dá)到10ma·cm-2的電流密度時(shí)，電催化her和oer過電位分別僅為38～79mv和169～218mv，且vs-ni3s2@vo-co，moo4/cf(+/-)的全解水系統(tǒng)僅需1.46～1.49v的電壓。

技術(shù)特征：

1.一種vs-ni3s2@vo-comoo4/cf異質(zhì)結(jié)全解水電催化劑，其特征在于，vs-ni3s2@vo-comoo4微米花球原位生長在泡沫銅(cf)上，富氧空位comoo4微米花球是由納米顆粒組成，超薄富硫空位ni3s2納米片緊密、均勻地生長在富氧空位comoo4微米花球上，形成獨(dú)特的vs-ni3s2@vo-comoo4異質(zhì)結(jié)微米花球電催化劑(vs-ni3s2@vo-comoo4/cf)，其通過以下步驟制備：

2.如權(quán)利要求1中所述，一種vs-ni3s2@vo-comoo4/cf異質(zhì)結(jié)全解水電催化劑，其特征在于，步驟(2)中氯化鎳的濃度為0.02～0.1mol·l-1。

3.如權(quán)利要求1所述，一種vs-ni3s2@vo-comoo4/cf異質(zhì)結(jié)全解水電催化劑，其特征在于，該催化劑具有優(yōu)異的電催化her、oer和全解水性能，在1mol·l-1koh電解液中，達(dá)到10ma·cm-2電流密度時(shí)，電催化her的過電位為38～79mv，電催化oer的過電位為169～218mv，且vs-ni3s2@vo-comoo4/cf(+/-)的全解水系統(tǒng)的電壓僅需1.46～1.49v。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種V<subgt;S</subgt;?Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;@V<subgt;O</subgt;?CoMoO<subgt;4</subgt;/CF異質(zhì)結(jié)全解水電催化劑，屬于半導(dǎo)體電催化技術(shù)領(lǐng)域。先通過溶劑熱反應(yīng)，得到原位生長在泡沫銅(CF)上的CoMoO<subgt;4</subgt;(CoMoO<subgt;4</subgt;/CF)，并將CoMoO<subgt;4</subgt;/CF在Ar/H<subgt;2</subgt;氣氛下退火，得到V<subgt;O</subgt;?CoMoO<subgt;4</subgt;/CF。然后，以硫脲和氯化鎳的濃度分別為1mol·L<supgt;?1</supgt;和0.02～0.1mol·L<supgt;?1</supgt;的混合溶液為電解液，V<subgt;O</subgt;?CoMoO<subgt;4</subgt;/CF為工作電極，在?1.2V～0.2V的電壓窗口下電沉積5圈，制得V<subgt;S</subgt;?Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;@V<subgt;O</subgt;?CoMoO<subgt;4</subgt;/CF異質(zhì)結(jié)電催化劑，該電催化劑為微米花球形貌，在1mol·L<supgt;?</supgt;<supgt;1</supgt;KOH電解液中，達(dá)到10mA·cm<supgt;?2</supgt;電流密度時(shí)，電催化HER和OER過電位分別僅為38～79mV和169～218mV，且V<subgt;S</subgt;?Ni<subgt;3</subgt;S<subgt;2</subgt;@V<subgt;O</subgt;?CoMoO<subgt;4</subgt;/CF(+/?)的全解水系統(tǒng)僅需1.46～1.49V的電壓。

技術(shù)研發(fā)人員：孫永開,李鎮(zhèn)江,孫文遠(yuǎn),孟阿蘭,王禎玉,林月強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：青島濱海學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9