本发明涉及催化剂材料制备,尤其涉及一种二硫化钒/二硫化三镍复合材料及其制备方法和应用。
背景技术:
1、氢能作为一种绿色可再生能源,具有高能量密度和环保性,被视为传统化石燃料的理想替代品。电催化水分解涉及阴极的析氢反应(her)和阳极的析氧反应(oer)。然而,由于其缓慢的四质子偶联反应动力学,oer的高过电位直接阻碍了整个水分解过程。与oer相比,尿素氧化反应(uor)的理论电势(0.37vvs 1.23v)相对较低。因此,用uor代替oer可以更有效地降低氢气生产的能耗,同时可以为从废水中去除尿素提供了一种有前景的方法。
2、贵金属材料被认为是uor和her的基准电催化剂,然而,但它们的高成本和有限的可用性阻碍了它们的广泛应用,因此,迫切需要开发用于uor和her的增强型和成本效益高的双功能催化剂。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种二硫化钒/二硫化三镍复合材料及其制备方法和应用,能够为uor提供一种新催化剂,且二硫化钒/二硫化三镍复合材料具备更多活性位点,能够提供一种新催化体系,在尿素辅助水电解中可低电池电压下长期稳定运行。
2、第一方面,本发明提供一种二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,所述方法包括:
3、将泡沫镍进行预处理;
4、将正钒酸钠、硫代乙酰胺加入到含有去离子水、氨水和乙二醇的混合溶液中,搅拌均匀,得到均匀溶液;
5、将均匀溶液和预处理后的泡沫镍混合,以进行水热反应,反应结束后冷却至室温,得到二硫化钒/二硫化三镍复合材料。
6、进一步地,所述将正钒酸钠、硫代乙酰胺加入到含有去离子水、氨水和乙二醇的混合溶液中,搅拌均匀,得到均匀溶液的步骤包括:
7、将正钒酸钠加入到含有去离子水、氨水和乙二醇的混合溶液中,搅拌以形成第一溶液;
8、将硫代乙酰胺加入到第一溶液中,继续搅拌至固体完全溶解,得到均匀溶液。
9、进一步地,所述将泡沫镍进行预处理的步骤包括:
10、将泡沫镍分别在1-5m盐酸溶液、丙酮和去离子水中清洗8-12min。
11、进一步地,去离子水、氨水和乙二醇的体积比为7-9:0.8-1.2:7-9。
12、进一步地,正钒酸钠的加入量为0.03-0.18mmol、硫代乙酰胺的加入量为0.45-0.49mmol。
13、进一步地,水热反应的温度为140-180℃,水热反应的时间为14-18h。
14、进一步地,所述二硫化钒/二硫化三镍复合材料中的ni、s、v元素分布均匀。
15、进一步地,所述二硫化钒/二硫化三镍复合材料为纳米棒阵列材料。
16、第二方面,本发明提供一种采用上述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法制得二硫化钒/二硫化三镍复合材料,该二硫化钒/二硫化三镍复合材料中的硫钒比为8:0.5-3。
17、第三方面,本发明提供一种如上述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料在尿素氧化反应中的应用。
18、第四方面,本发明提供一种如上述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料在电解水析氢反应中的应用。
19、第五方面,本发明提供一种如上述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料在尿素辅助水电解反应中的应用。
20、与现有技术相比,本发明具有如下优点:
21、(1)本发明提供的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,其流程简单,且在制备过程中无需加入贵金属,能够有效降低成本和制备时间。
22、(2)本发明制备得到的ni3s2/vs2复合材料,因具有较多的活性位点,且形成异质界面,使电荷转移更高效,能够作为一种新的电反应催化剂,可以有效提高催化剂的催化效率,即在尿素氧化反应、电解水析氢反应以及尿素辅助水电解反应中均具有良好的催化作用。
23、(3)本发明提供的ni3s2/vs2复合材料能够在以水和尿素作为电解液的温和反应条件下,绿色、高效地催化尿素氧化反应和电解水析氢反应,产物绿色环保,减少环境污染。
1.一种二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,其特征在于,所述将正钒酸钠、硫代乙酰胺加入到含有去离子水、氨水和乙二醇的混合溶液中,搅拌均匀,得到均匀溶液的步骤包括:
3.根据权利要求1所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,其特征在于,所述将泡沫镍进行预处理的步骤包括:
4.根据权利要求1所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,其特征在于,去离子水、氨水和乙二醇的体积比为7-9:0.8-1.2:7-9。
5.根据权利要求1-4任一项所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,其特征在于,正钒酸钠的加入量为0.03-0.18mmol、硫代乙酰胺的加入量为0.45-0.49mmol。
6.根据权利要求1-4任一项所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法,其特征在于,水热反应的温度为140-180℃,水热反应的时间为14-18h。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料的制备方法制得二硫化钒/二硫化三镍复合材料,其特征在于,所述二硫化钒/二硫化三镍复合材料中的硫钒比为8:0.5-3。
8.一种如权利要求7所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料在尿素氧化反应中的应用。
9.一种如权利要求7所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料在电解水析氢反应中的应用。
10.一种如权利要求7所述的二硫化钒/二硫化三镍复合材料在尿素辅助水电解反应中的应用。
