[发明专利]一种钒掺杂磷化镍复合氮硫双掺杂还原氧化石墨烯电催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钒掺杂磷化镍复合氮硫双掺杂还原氧化石墨烯电催化材料的制备方法，包括以下步骤：1)将氧化石墨烯与L‑半胱氨酸进行研磨；2)将步骤1)研磨的混合物置于管式炉中，制备氮硫双掺杂还原氧化石墨烯；3)制备氮硫双掺杂还原氧化石墨烯溶液，其浓度为0.5‑1.0mg/mL；4)将尿素、NH₄F、氯化钒和镍盐加入到上述的氮硫双掺杂还原氧化石墨烯溶液中，搅拌直至形成均匀的溶液；5)将步骤4)中的溶液转移至反应釜中，制备得到前驱体NiV‑LDH/NSG；6)将前驱体NiV‑LDH/NSG材料和次磷酸钠一起置于管式炉中，升温至300‑400℃并保温，得到钒掺杂磷化镍复合氮硫双掺杂还原氧化石墨烯电催化材料NiVP/NSG。本发明的制备方法成本低廉、方法简单，得到的电催化材料具有良好的OER。

技术领域

本发明属于材料化学领域，尤其是一种钒掺杂磷化镍复合氮硫双掺杂还原氧化石墨烯电催化材料的制备方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染的加剧，开发清洁可再生能源已经成为备受关注并亟待解决的问题。氢气作为一种清洁能源，具有高能量密度、高转换效率和与无污染等特点，为满足未来巨大的能源需求提供了便捷，目前已经得到了广泛的研究。电催化分解水是一种有效的制氢方法，整个反应过程包含两个半反应：析氧反应(OER)与析氢反应(HER)。由于析氧反应是动力学缓慢的四电子过程，整个水分解过程受到析氧反应动力学的限制，因此开发有效的OER催化剂能够降低反应的能垒，提高分解水的效率。目前，Ir/Ru基贵金属化合物是最先进有效的OER电催化剂。但是由于其成本高、含量稀少、稳定性差，严重限制了它们在电解水领域的商业应用。因此，开发低成本、可替代的OER电解水催化剂显得尤为必要。

目前，研究者们已经开发了大量非贵金属基材料作为OER催化剂，依赖于电子在其3D轨道上的多样性，一些过渡金属催化剂逐渐进入人们的视野，如过渡金属(特别是镍基)氧化物和氢氧化物，它可以提供优越的催化性能。更具体地说，层状双氢氧化物(LDH)具有独特的层状结构特征和优异的氧化还原性能。NiV-LDH是近年来发展起来的一种新型OER催化剂，在LDH材料中，NiV-LDH具有良好的导电性和易电子转移性，在实验和理论计算中都证明了其对OER的本征催化性能。然而，其OER活性还需要在实际应用中进一步提高与改善。氮硫双掺杂还原氧化石墨烯是一种典型的二维材料，在石墨烯层中引入氮原子与硫原子，相较于氧化石墨烯，可以获得更好的亲水性和导电性从而能够使其与层状双氢氧化物材料复合，有效地增加了电催化材料的导电性；与此同时，氮、硫还原氧化石墨烯稳定的二维层状结构能够为层状双氢氧化物材料提供良好的支撑作用，极大地提高了材料结构的稳定性。

过渡金属磷化物在电催化应用方面具有巨大的潜力。近几年的研究表明，过渡金属磷化物在碱性环境中对析氧反应表现出非常高的电催化活性。与此同时，过渡金属磷化物具有含量丰富、成本低，催化稳定性好等特点，在电解水领域具有非常重要的开发潜力。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有较好OER电催化性能，含钒掺杂磷化镍复合氮硫双掺杂还原氧化石墨烯电催化材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钒掺杂磷化镍复合氮硫双掺杂还原氧化石墨烯电催化材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将氧化石墨烯与L-半胱氨酸进行研磨，其中氧化石墨烯与L-半胱氨酸的质量比为1:5-15；

2)将步骤1)研磨的混合物置于管式炉中，在惰性气氛中加热至600-800℃并保温1-4h，冷却至室温后进行洗涤干燥，得到氮硫双掺杂还原氧化石墨烯；

3)将氮硫双掺杂还原氧化石墨烯溶于去离子水中，超声4-10h得到均匀混合后的氮硫双掺杂还原氧化石墨烯溶液，其浓度为0.5-1.0mg/mL；