[发明专利]基于氮和硫共掺杂还原氧化石墨烯上原位生长的硫化镍电催化剂、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于氮和硫共掺杂还原氧化石墨烯上原位生长的硫化镍电催化剂、制备方法及应用，涉及催化剂技术领域。所述制备方法包括以下步骤：将镍源、氧化石墨烯均匀分散于乙二醇中，于160～200℃反应0.5～2h，获得还原氧化石墨烯/氢氧化镍复合物；以硫代乙酰胺、还原氧化石墨烯/氢氧化镍复合物为原料，在有机溶剂中，于100～180℃进行溶剂热反应，获得前驱体；将获得的前驱体，在惰性气体氛围下，于300～400℃，退火1～5h，即得基于氮和硫共掺杂还原氧化石墨烯上原位生长的硫化镍电催化剂。本发明为了获得氮掺杂碳复合石墨烯包覆金属催化剂而提供的制备方法，该方法使用的原料价格低廉，制备过程简单、安全、周期短，所需设备简单，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种基于氮和硫共掺杂还原氧化石墨烯上原位生长的硫化镍电催化剂、制备方法及应用。

背景技术

随着化石燃料的大量消耗，随之带来的是严峻的环境问题和能源问题，故开发清洁、环境友好、再生能源迫在眉捷。氢能具有能量密度高、产物清洁、燃烧热值高等优点，被认为是传统的化石燃料的理想替代者。在众多的制备方法中，电解水制氢工艺简单，产物清洁，是一种获得高效的氢气的途径，但其反应动力学缓慢需要电位较高，制备过程会消耗额外的能量，故高活性催化剂的加入是关键。目前，贵金属的催化性能是最好的，但是由于价格昂贵和贮量少，妨碍了其商业化应用。开发资源丰富、高效、稳定性突出等的非金贵属催化剂代替贵金属，在未来可实现大规模生产。过渡金属硫化物催化剂如硫化钴、硫化钼、硫化镍等由于其优异的催化性能得到广泛关注。

制备硫化镍电催化剂的方法有很多，中国专利号为201710273098.1的“基于NiS/N-rGO与N-rGO的水系非对称超级电容器”所用方法是溶剂热法，但所制备的材料只是氮元素的单掺杂氧化石墨烯，并且所用的氮源为N,N-二甲基甲酰胺有剧毒，且为致癌物，除此之外还需要另外的硫源。该材料应用于水系非对称超级电容器。由此可见，采用现有技术制备氮掺杂的还原氧化石墨烯上生长NiS(NiS/N-rGO)电催化剂所用原料为致癌物，且需要分别提供氮源和硫源。目前，氮和硫共掺杂的还原氧化石墨烯上原位生长的新型硫化镍(NiS₂)纳米粒子阵列电催化剂还未有相关的制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，本发明提供了一种氮掺杂碳复合石墨烯包覆金属催化剂、制备方法及应用，本发明为了获得氮掺杂碳复合石墨烯包覆金属催化剂而提供的制备方法，该方法使用的原料价格低廉，制备过程简单、安全、周期短，所需设备简单，适合大规模生产。

本发明第一个目的是提供一种基于氮和硫共掺杂还原氧化石墨烯上原位生长的硫化镍电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将镍源、氧化石墨烯均匀分散于乙二醇中，于160～200℃油浴反应0.5～2h，获得还原氧化石墨烯/氢氧化镍复合物；

以硫代乙酰胺(CH₃CSNH₂)、还原氧化石墨烯/氢氧化镍复合物为原料，在有机溶剂中，于100～180℃进行溶剂热反应，获得前驱体；

将获得的前驱体，在惰性气体氛围下，于300～400℃，退火1～5h，即得基于氮和硫共掺杂还原氧化石墨烯上原位生长的硫化镍电催化剂。

优选的，所述还原氧化石墨烯/氢氧化镍复合物与硫代乙酰胺质量比为1:0.2～2.0。

优选的，所述有机溶剂为为乙醇、丙醇或丙酮。

优选的，所述溶剂热反应时间为6～18h。

优选的，退火过程中的升温速率为1～5℃/min。

优选的，所述惰性气体氛围是按60-160mL/min通入惰性气体。

优选的，所述镍源为乙酸镍、氯化镍或硝酸镍。