[发明专利]一种用于电解水析氧的双金属硫化物/MXene复合体的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电解水析氧的双金属硫化物/MXene复合体的制备方法，属于非贵金属析氧催化剂的技术领域。本发明要解决碱性电解水析氧催化剂价格高、活性差、最大电流密度低及稳定性差等问题。本发明的复合材料由Ti₃C₂ MXene和镍铁双金属硫化物的纳米片组成。本发明方法：一、剥离Ti₃AlC₂得到Ti₃C₂ MXene；二、将硝酸镍、硝酸铁和尿素溶解在超纯水中，搅拌均匀，溶液为黄绿色；三、将Ti₃C₂ MXene溶液加入N‑甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，得到墨绿色溶液；四、将上述两种溶液混合回流洗涤冻干，得到镍铁双金属氢氧化物/Ti₃C₂ MXene复合物；五、高温硫化。本发明的硫化镍铁/Ti₃C₂ MXene材料具有高导电性、高化学稳定性和耐碱抗腐蚀的特点，表现出优异的碱性电解水大电流析氧活性。

技术领域

本发明属于非贵金属析氧催化剂的技术领域；具体涉及一种用于电解水析氧的双金属硫化物/MXene复合体的制备方法。

背景技术

随着化石能源日益枯竭，人们对清洁能源的需求迫在眉睫，而氢气作为未来最有发展前景的清洁能源之一，在缓解愈发严重的能源危机以及过量碳排放污染等问题方面能够发挥重要作用。电催化分解水作为一种环保的生产高纯度氢气的方式，其过程涉及两个重要的反应，即阳极的析氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER)，其中析氧反应由于缓慢的动态过程而被广泛认为是限速步骤。传统贵金属基(Pt、Ir、Ru等)材料用于分解水析氧价格高昂而且稳定性不能达到理想效果，因此开发中廉价高效且稳定的析氧催化剂势在必行。大电流密度下的OER性能受反应动力学和传质控制。大电流密度下的快速催化反应会导致电解液的快速消耗和O₂气泡的大量产生，这就需要立即供应电解液和快速排出气泡。以往的研究表明，具有开放框架的纳米阵列可以加速电解质渗透和O₂气泡的扩散，从而保证大电流OER过程中的传质过程。

Ti₃C₂ MXene作为一种过渡金属碳化物，是二维纳米材料领域的最新成员之一，由于其理想的导电性、亲水性、阳离子可插层性，同时具有超薄片结构的高比表面积，能够作为耦合其他高活性OER材料的理想基材。

目前，过渡金属硫化物，由于其结构多样性而具有丰富的活性位点，已被广泛研究用于碱性OER。而双过渡金属催化材料在各类电催化反应中由于具有比单金属材料更多的活性位点、组分之间存在电子转移、优化了材料的电子结构，从而进一步提高了材料的电子传导和表面位点数目。但是，传统双过渡金属硫化物制备过程复杂并且难以保证高性能和高稳定性。

发明内容

本发明要解决目前碱性电解水大电流析氧催化剂价格高昂、稳定性差等问题；而提供了一种用于碱性大电流析氧的双过渡金属硫化物/MXene复合材料及其制备方法。

本发明降低碱性分解水制氢成本并提高其活性；具体是通过下述方案实现的：

一种用于电解水析氧的双金属硫化物/MXene复合体是由Ti₃C₂ MXene和纳米片组成，纳米片阵列有序地生长在Ti₃C₂ MXene上，纳米片是镍铁双金属硫化物组成的。

本发明中一种用于电解水析氧的双金属硫化物/MXene复合体的制备方法，其特征在于所述制备方法是通过下述步骤实现的：

步骤一、用浓盐酸、LiF和去离子水的混合溶液对Ti₃AlC₂ MAX进行刻蚀，然后用水醇溶液洗涤，再进行超声离心取上层悬浊液，即完成Ti₃AlC₂ MAX的剥离，得到Ti₃C₂ MXene；