CN114934294B - 一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法 - Google Patents

一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114934294B
CN114934294B CN202210659258.7A CN202210659258A CN114934294B CN 114934294 B CN114934294 B CN 114934294B CN 202210659258 A CN202210659258 A CN 202210659258A CN 114934294 B CN114934294 B CN 114934294B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vanadium
tetrasulfide
nitride
placing
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210659258.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114934294A (zh
Inventor
曹丽云
刘振婷
冯亮亮
黄剑锋
冯永强
徐国婷
解雅洁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi University of Science and Technology
Original Assignee
Shaanxi University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi University of Science and Technology filed Critical Shaanxi University of Science and Technology
Priority to CN202210659258.7A priority Critical patent/CN114934294B/zh
Publication of CN114934294A publication Critical patent/CN114934294A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114934294B publication Critical patent/CN114934294B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法。将氯化钒和三聚硫氰酸机械混合后研磨；将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端各放一个炉塞；排尽管式炉内空气，在惰性气氛下加热反应，反应结束后冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。本发明制备的氮化钒/四硫化三钒电催化剂采用的是一步煅烧法，其具有反应过程简单，环境友好，适合工业化生产。同时异质结构暴露了大量的活性位点，促进了协同催化效应。当本发明材料应用在电解水催化剂时，表现出良好的电化学活性和稳定性。

Description

一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于电催化材料领域，具体涉及一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法。
背景技术
随着工业产业的大力发展，环境污染和资源枯竭的问题增大了人类对可再生清洁能源的需求，风能、太阳能、生物能等已经被广泛应用在我们的日常生活中，而氢能因绿色、高效、质能比高、燃烧产物无污染等特点被人们认为是一种有潜力的清洁能源。电解水反应与其逆反应(氢氧燃料电池)是“氢能源”的重要内容，传统的Pt基贵金属催化剂被认为是析氢和氧还原过程中催化性能最好的，但由于地壳中含量低，价格昂贵等缺点限制了制氢技术的大范畴商业化发展。所以开发价格低廉、来源广泛的非贵金属材料电催化剂是一项有重大意义的研究课题。
近年来，人们把目光投向极具前景的氮化钒和硫化钒。氮化钒作为一种重要的过渡金属氮化物，占据晶格间隙的N原子改变了金属d带的电子结构，使氮化物表面显示出了供电子的特性，因此VN能够表现出类似于贵金属Pt的电子性质。由于四硫化三钒固有的空位有序结构，其源于金属全层和金属空位层的排列方式，在进行掺杂或者复合时容易暴露缺陷，增加催化活性位点，能够表现出较好的电催化性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备条件简单、成本低廉、工艺过程容易操作且合成周期短的氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
1)按照质量比(4～6)：(25～35)称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端各放一个炉塞；
3)排尽管式炉内空气，在惰性气氛下以5～10℃/min升温速率自室温升温至600～800℃，保温120min～180min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。
所述步骤2)中管式炉两端的炉塞间隔5cm放置。
所述步骤3)排尽管式炉内空气的方法为向管内通入惰性气体，继而进行4～6次抽气补气。
所述步骤3)中惰性气体为氩气，气流速率为40～50sccm。
相较于现有技术，具体有益效果如下：
1)从制备策略上比较，本发明制备的氮化钒/四硫化三钒电催化剂采用的是一步煅烧法，其具有反应过程简单，环境友好，适合工业化生产。
2)本发明制备的氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料，为氮化物与硫化物复合提供了思路，同时异质结构暴露了大量的活性位点，促进了协同催化效应。
3)当本发明材料应用在电解水催化剂时，表现出良好的电化学活性和稳定性。对本发明的氮化钒/四硫化三钒电催化剂在碱性(pH＝14)溶液下分别进行了HER和OER测试，当电流密度达到10mA/cm2所需的过电势分别为237mV和358mV。
附图说明
图1是本发明实施例1制备氮化钒/四硫化三钒电催化剂的X射线衍射(XRD)图谱。
图2是本发明实施例1制备氮化钒/四硫化三钒电催化剂的低倍扫描电镜(SEM)照片。
图3是本发明实施例1制备氮化钒/四硫化三钒电催化剂的高倍扫描电镜(SEM)照片。
图4是本发明实施例1制备氮化钒/四硫化三钒电催化剂在碱性条件下线性扫描伏安(LSV)曲线的产氢性能图(HER)。
图5是本发明实施例1制备氮化钒/四硫化三钒电催化剂在碱性条件下线性扫描伏安(LSV)曲线的产氧性能图(OER)。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1：
1)按照质量比4：25称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端间隔5cm各放一个炉塞；
3)向管内通入氩气，继而进行4次抽气补气排尽管式炉内空气，在气流速率为40sccm氩气气氛下以5℃/min升温速率自室温升温至600℃，保温120min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。
由图1的X射线衍射(XRD)图谱可以看出，所制备的电催化剂结晶性良好，结果表明样品中四硫化三钒和氮化钒共存；
由图2和图3的扫描电镜(SEM)照片可以看出，所制备的氮化钒/四硫化三钒电催化剂由纳米颗粒组成，错落的间隙增大了催化剂的表面积，有利于催化剂与电解质的接触，加速反应的进行；
由图4的线性扫描伏安曲线的产氢性能图可以看出，所制备的氮化钒/四硫化三钒电催化剂在当电流密度达到10mA/cm2所需的过电势仅为237mV；
由图5的线性扫描伏安曲线的产氧性能图可以看出，所制备的氮化钒/四硫化三钒电催化剂在当电流密度达到10mA/cm2所需的过电势仅为358mV。
实施例2：
1)按照质量比4：30称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端间隔5cm各放一个炉塞；
3)向管内通入氩气，继而进行5次抽气补气排尽管式炉内空气，在气流速率为45sccm氩气气氛下以8℃/min升温速率自室温升温至700℃，保温150min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。
实施例3：
1)按照质量比5：35称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端间隔5cm各放一个炉塞；
3)向管内通入氩气，继而进行6次抽气补气排尽管式炉内空气，在气流速率为50sccm氩气气氛下以10℃/min升温速率自室温升温至800℃，保温180min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。
实施例4：
1)按照质量比5：25称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端间隔5cm各放一个炉塞；
3)向管内通入氩气，继而进行4次抽气补气排尽管式炉内空气，在气流速率为40sccm氩气气氛下以5℃/min升温速率自室温升温至600℃，保温180min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。
实施例5：
1)按照质量比6：30称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端间隔5cm各放一个炉塞；
3)向管内通入氩气，继而进行5次抽气补气排尽管式炉内空气，在气流速率为45sccm氩气气氛下以8℃/min升温速率自室温升温至700℃，保温150min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。
实施例6：
1)按照质量比6：35称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端间隔5cm各放一个炉塞；
3)向管内通入氩气，继而进行6次抽气补气排尽管式炉内空气，在气流速率为50sccm氩气气氛下以10℃/min升温速率自室温升温至800℃，保温120min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。

Claims (4)

1.一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法，其特征在于：
1)按照质量比(4～6)：(25～35)称取氯化钒和三聚硫氰酸，机械混合后研磨；
2)将研磨后的混合料装入瓷舟中，将瓷舟置于管式炉中，并在两端各放一个炉塞；
3)排尽管式炉内空气，在惰性气氛下以5～10℃/min升温速率自室温升温至600～800℃，保温120min～180min；
4)保温结束后，冷却至室温，研磨得到目标产物氮化钒/四硫化三钒。
2.根据权利要求1所述的氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中管式炉两端的炉塞间隔5cm放置。
3.根据权利要求1所述的氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)排尽管式炉内空气的方法为向管内通入惰性气体，继而进行4～6次抽气补气。
4.根据权利要求1所述的氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中惰性气体为氩气，气流速率为40～50sccm。
CN202210659258.7A 2022-06-13 2022-06-13 一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法 Active CN114934294B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210659258.7A CN114934294B (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210659258.7A CN114934294B (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114934294A CN114934294A (zh) 2022-08-23
CN114934294B true CN114934294B (zh) 2023-05-26

Family

ID=82867354

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210659258.7A Active CN114934294B (zh) 2022-06-13 2022-06-13 一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114934294B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111203254A (zh) * 2020-01-13 2020-05-29 陕西科技大学 一种Co-N高活性物种修饰的硫化钒产氢电催化剂及其制备方法和应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111203254A (zh) * 2020-01-13 2020-05-29 陕西科技大学 一种Co-N高活性物种修饰的硫化钒产氢电催化剂及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钒基异质结的制备及在锂硫电池中的应用;杨亚东;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》(第1期);B014-370 *
钴/钒硫化物电催化材料的制备及其性能研究;王琳琳;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》(第2期);B015-318 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114934294A (zh) 2022-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110787806B (zh) 一种具备异质结结构的全解水催化剂的制备方法
CN111375408B (zh) 一种氧化铱纳米粒子催化剂的制备方法及其应用
CN114836779B (zh) 一种层状双氢氧化物/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用
CN114892206B (zh) 一种多元金属氮化物异质结纳米棒阵列复合电催化剂及其制备方法和应用
CN110560094B (zh) 一种3d多孔钴锡钼三金属催化剂的制备方法
CN110565113B (zh) 一种用于碱性电催化析氢的复合电催化材料的制备方法
CN111530483A (zh) 一种自支撑Ni掺杂WP2纳米片阵列电催化剂及其制备方法
CN109207958B (zh) 一种垂直于基底生长的磷化钼纳米片阵列结构的制备方法
CN113512738B (zh) 三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用
CN114934294B (zh) 一种氮化钒/四硫化三钒异质结复合材料的制备方法
CN112023944A (zh) 一种原位合成铼与二硫化铼异质结构复合材料的制备方法
CN114420950B (zh) 一种ZIF-8衍生Zn3(VO4)2电催化材料及其制备方法与应用
CN114561655A (zh) 一种稀土铈掺杂硫化镍/硫化铁异质结材料的制备方法和应用
CN108808026B (zh) 一种金属空气电池氧电极催化剂材料及其制备方法和应用
CN111514912A (zh) 一种三维Co掺杂WP2纳米片阵列电催化剂及其制备方法
CN113135553B (zh) 一种氮化钨包覆氮化钒粉体及其制备方法和应用
CN110371968A (zh) 一种低析出物石墨原板的制备方法
CN113224321B (zh) 一种钒掺杂碳包覆的碳化铁多功能复合电催化剂及其制备方法和应用
CN115928120B (zh) 一种碳元素掺杂磷化钨薄膜的复合催化材料及其制备方法和应用
CN114807968B (zh) 一种偏磷酸盐负载的磷化钌催化材料的制备方法及在电催化全解水中的应用
CN115057479B (zh) 一种CoAl2O4电催化材料的制备方法及其ENRR的应用
CN114808012B (zh) 一种磷化物/二元金属氮化物纳米多孔异质结电催化剂及其制备方法和应用
CN116288485A (zh) 一种v-wp电催化剂及其制备方法和应用
CN116479435A (zh) 一种自支撑棒状的钼酸盐基催化材料及其制备方法和应用
CN1294670C (zh) 一种镓酸镧基固体氧化物燃料电池用正极材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant