CN109759088B - 一种2D NiS/石墨烯复合组装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2D NiS/石墨烯复合组装材料及其制备方法，其特征在于，所述2D NiS/石墨烯复合组装材料是由二维层状NiS和二维层状石墨烯组装而成的花状结构，2D NiS/石墨烯复合组装材料的制备首先是由氯化镍物与醇类有机物混合形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中加热，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1：1‑1：20，以1‑20℃/min的升温速度升温至400‑700℃，保温2‑12h后得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。该方法操作简单，制备成本低，易于工业化生产，所得2D NiS/石墨烯复合组装材料具有很好的HER和OER性能。
Description
技术领域
本发明属于电催化材料领域，涉及一种2D NiS/石墨烯复合组装材料，具体地说，是涉及一种具有高活性位点和导电性高的的2D NiS/石墨烯复合组装材料及其制备方法。
背景技术
氢(H2)作为未来最有前景的清洁能源载体之一，受到研究者的广泛研究。目前工业上生产H2主要是通过化石能源的蒸汽重整得到。但是化石能源的短缺以及燃烧化石产生的CO2等对环境造成严重的污染和破坏。(光)电化学催化水分解是一种环保、绿色的H2生产方法。电解水的工业应用需要有效、稳定的非贵金属催化剂来代替目前使用的贵金属催化剂。目前，报道用于替代Pt基催化剂的非贵金属催化剂有MoS2、NiP、FeS2、CoP、CoSe2和MoC等。最近，过渡金属硫化物由于地球丰富度和低成本，可作为Pt基催化剂的替代物而受到越来越多的关注。
过渡金属硫化镍具有丰富的化学活性，价格低廉，己经广泛地应用在催化剂、电化学制氢、顺磁－反铁磁剂、锂电池和超级电容器电极材料等领域。但其较低的电导率和容易聚集限制了其电催化制氢效率。制备超薄二维硫化镍纳米片可有效的改善其电催化析氢性能。主要是由于超薄二维硫化镍纳米片可以提供更大的比表面积和更多活性位点。提高电催化析氢性能的另一个有效策略是将电催化剂与石墨烯或碳纳米管复合以提高电导。因此，通过调整电子结构和活性组成，可以合成理想的电解水催化剂。目前制备2D NiS/石墨烯复合组装材料，一般采用多步法，操作步骤繁琐，制备条件苛刻，不利于合成的NiS复合电极材料在商业中的广泛应用。
基于上述原因，如何找到一种工艺相对简单、反应条件较温和，并能制备出具有高活性位点和导电性高的NiS/石墨烯复合组装材料，则是本发明所要解决的主要问题。
发明内容
本发明针对现有制备硫化镍/石墨烯复合组装材料操作步骤繁琐，制备条件苛刻的技术问题，提供一种简单的制备的方法。该方法工艺简单，反应条件较温和，所制备出的2D NiS/石墨烯复合组装材料活性位点高，界面结合紧密，导电率高，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种2D NiS/石墨烯复合组装材料及其制备方法，其特征在于，所述2D NiS/石墨烯复合组装材料可用作电催化材料，所述制备方法包括下述步骤：
将一定量的氯化镍和醇类有机物(甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇200)混合，使氯化镍与醇类有机物的摩尔比为1：1-1：20、在20-100℃油浴锅中混合5-60min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1：1-1：20，然后以1-20℃/min的升温速度升温至400-700℃，保温2-12h后，随炉自然冷却，得到NiS/石墨烯复合组装材料。
本发明提供的制备2D NiS/石墨烯复合组装材料方法操作简单，制备成本低，易工业化生产，所得2D NiS/石墨烯复合组装材料形貌规整，尺寸可调。
附图说明
图1为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的X射线粉末衍射(XRD)图谱；
图2为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的Raman谱图，图中可以观测到石墨烯的D峰和G峰；
图3为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。从图可以看出，所得复合结构是由纳米片组装而成的；
图4为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的透射电子显微镜(TEM)照片。从图可以看出，所得复合结构的纳米片是由更薄的纳米片层叠层组装而成的；
图5为本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的析氢性能曲线；
图6为利用本发明实施例一所述方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的I-t曲线；
图7为本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的析氧性能曲线；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明：
实施例一：
将0.01mol六水合氯化镍、0.04mol PEG-200在60℃油浴锅中混合10min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:10，然后为以5℃·min-1升温速率升温至550℃，保温4h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
实施例二：
将0.01mol六水合氯化镍、0.02mol PEG-200在60℃油浴锅中混合10min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:10，然后为以5℃·min-1升温速率升温至550℃，保温4h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
实施例三：
将0.01mol六水合氯化镍、0.05mol PEG-200在40℃油浴锅中混合10min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:10，然后为以5℃·min-1升温速率升温至550℃，保温4h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
实施例四：
将0.02mol六水合氯化镍、0.04mol PEG-200在80℃油浴锅中混合5min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:20，然后为以10℃·min-1升温速率升温至600℃，保温6h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
实施例五：
将0.02mol六水合氯化镍、0.4mol PEG-200在40℃油浴锅中混合20min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:5，然后为以2℃·min-1升温速率升温至450℃，保温6h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
实施例六：
将0.01mol六水合氯化镍、0.04mol甲醇在60℃油浴锅中混合10min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:10，然后为以5℃·min-1升温速率升温至550℃，保温4h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
实施例七：
将0.01mol六水合氯化镍、0.04mol乙二醇在60℃油浴锅中混合10min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:10，然后为以5℃·min-1升温速率升温至550℃，保温4h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
实施例八：
将0.01mol六水合氯化镍、0.04mol丙三醇在80℃油浴锅中混合30min形成深度低共熔溶剂，然后将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，焙使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:10，然后为以5℃·min-1升温速率升温600℃，保温4h后，随炉自然冷却，得到2D NiS/石墨烯复合组装材料。
图1为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的X射线粉末衍射(XRD)图谱，图中的衍射峰对应于NiS的衍射峰。
图2为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的Raman谱图，图中可以观测到石墨烯的D峰和G峰；
图3为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。从图可以看出，所得复合结构是由纳米片组装而成的；
图4为利用本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的透射电子显微镜(TEM)照片。从图可以看出，所得复合结构的纳米片是由更薄的纳米片层叠层组装而成的；
图5为本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的析氢性能曲线，从图可以看出，当电流密度为-10mA/cm-2时，实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的过电位为73mV，说明本发明所述方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料电极的电催化析氢性能好；
图6为利用本发明实施例一所述方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的I-t曲线。测试表明，本发明制备的NiS/石墨烯复合组装材料在过电位η＝73mV时经过48小时后的I-t曲线几乎保持一条直线，说明了2D NiS/石墨烯复合组装材料具有良好的稳定性；
图7为本发明所述实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的析氧性能曲线，从图可以看出，当电流密度为10mA/cm-2时，实施例一方法制备的2D NiS/石墨烯复合组装材料的过电位为290mV，说明本发明所述方法制备的的2D NiS/石墨烯复合组装材料得到的电催化析氧性能好。
上述实施例是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，未背离本发明的原理与工艺过程下所作的其它任何改变、替代、简化等，均为等效的置换，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种2DNiS/石墨烯复合组装材料的制备方法，其特征在于，所述NiS/石墨烯复合组装材料可用作电催化材料，所述制备方法包括下述步骤：
(1)将一定量的氯化镍和醇类有机物混合，使氯化镍与醇类有机物的摩尔比为1:1-1:20，在20-100℃油浴锅中混合5-60min形成深度低共熔溶剂；
(2)将形成的深度低共熔溶剂在氮气气氛中焙烧，加热区上游放置升华硫，使氯化镍与升华硫的摩尔比为1:1-1:20，然后以1-20℃/min的升温速度升温至400-700℃，保温2-12h后，随炉自然冷却，得到2DNiS/石墨烯复合组装材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，醇类有机物可以是甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇200中的任意一种。
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