一种硫代尖晶石FeNi2S4与钒掺杂硫化钼异质结及其制备方法

本发明涉及电化学催化剂，特别涉及一种硫代尖晶石feni2s4与钒掺杂硫化钼异质结及其制备方法。

背景技术：

1、当今世界，由于日益增长的化石能源需求以及化石燃料燃烧导致的环境问题，激发了人们对可再生清洁能源的集中关注。在各种能源载体中，氢气因其极高的重力能量密度、高度的清洁和可再生能力而受到人们的广泛关注。然而，主要的氢生产仍然来自化石能源，这并不能从根本上解决问题。相比之下，水电解被认为是一种可持续的生产高纯氢的可再生能源的方式。电催化水裂解包括两个半反应：氢进化反应(her)和氧进化反应(oer)。面对由her和oer的缓慢动力学和高过电位的问题，探索电催化水分离的高效电催化剂势在必行。目前，大量的工作致力于探索高效的水裂解催化剂。一般来说，贵金属包括pt族金属和ru族金属氧化物被认为是氢气进化反应理想的电催化剂。然而，贵金属的短缺、价格过高和耐久性差，阻碍了其进一步的实际应用。因此，人们非常关注具有令人满意的催化性能和耐久性的替代品。开发高性能的非贵金属双功能电催化剂将进一步降低制造成本，简化整个系统的设计，以及提高整体电化学效率。

2、近年来，过渡金属硫化物具有良好的电子传导性、多变的氧化还原性质以及不饱和过渡金属位点，在表面上有利于吸附羟基和含氧的中间物，在碱性电解质下作为高效的预催化剂被广泛研究。其中二硫化钼电催化剂由于其具有的吉布斯自由能(δg)以及位于纳米片边缘的电化学活性部位与pt相当而得到了广泛的研究，然而，mos2大量暴露的基底面电导率差、活性边缘位点有限、活性低，限制了其作为水裂解催化剂的电催化性能。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，当前mos2具有一定的析氧和析氢性能但由于其活性边缘位点有限导致活性低。为解决这一问题，本发明构建了一种硫代尖晶石feni2s4与钒掺杂硫化钼异质结，这种异质材料提高了mos2的活性位点。在碱性条件下具有优异的析氢反应(her)和析氧反应(oer)催化活性和稳定性，甚至与商业pt/c+ruo2复合催化剂媲美。

2、本发明采用的技术方案是，以碳布(cc)为基底生长feni-ldh，通过水热方法在feni-ldh上生长二硫化钼(mos2)，同时feni-ldh硫化形成尖晶石结构的feni2s4，在此过程加入钒(v)调节mos2和feni2s4两相的电子结构。

3、本发明采用的具体技术方案是，一种硫代尖晶石feni2s4与钒掺杂硫化钼异质结，其化学式为feni2s4/v-mos2。

4、一种硫代尖晶石feni2s4与钒掺杂硫化钼异质结的制备方法，其步骤是，

5、(1)将尺寸为4cm×5cm的碳布用20ml浓硝酸和20ml浓硫酸在100℃回流2小时，完全冷却后取出碳布，用三次水冲洗至ph＝7,室温干燥，得到预处理的碳布；

6、(2)将乙酸镍、硝酸铁、尿素和氟化铵溶解于30ml三次水，超声30分钟后转移至50ml高压釜中，加入预处理的碳布，于120℃反应12小时，制得负载在碳布上的双层氢氧化物feni-ldh；乙酸镍、硝酸铁、尿素和氟化铵的质量比为0.497:0.202:0.600:0.148；

7、(3)将钒酸钠、钼酸钠及硫代乙酰胺溶解于30ml三次水中，以500r/min的速度搅拌10～30分钟，得到均相溶液a；钒酸钠、钼酸钠和硫代乙酰胺的摩尔比为1：2.72：100。

8、(4)将所述负载在碳布上的双层氢氧化物feni-ldh置于均相溶液a中，转移到聚四氟乙烯反应釜中进行水热反应，冷却后用三次水和乙醇清洗至清洗液ph为7；所述水热反应的温度为180℃，水热时间为24小时。优选的水热温度为180℃，反应时间为24小时。

9、本发明从分子设计的角度提供了一种新型的异质结及其制备方法。本发明提供的feni2s4/v-mos2异质结可协同优化金属界面的电子结构，表现出优越的her活性。本发明提供feni2s4/v-mos2异质结的制备方法具有简单易制备的特点。

10、本发明提供了一种新型的feni2s4/v-mos2异质结作为高效的全水裂解催化剂的制备方法。本发明以双层氢氧化物feni-ldh为前驱体，后续的mos2通过二次水热反应生长于表面，得到feni2s4/v-mos2异质结催化剂。本发明feni-ldh为前驱体，与mos2形成一种新型的异质结构，此外，本发明提供的制备方法简单，容易操作。

11、本发明还提供了上述方案所述制备方法制备的新型的feni2s4/v-mos2异质结催化剂，该催化剂在碱性条件下具有优异的析氢反应(her)和析氧反应(oer)催化活性和稳定性，甚至与商业pt/c+ruo2复合催化剂媲美，且成本更低。

12、本发明还提供了所述新型的feni2s4/v-mos2异质结催化剂在全水裂解中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，与现在存在的催化剂相比，本发明中v的掺杂以及两相结构的电子调控更有利于析氢和析氧反应的过电势的降低，表现出低的过电势，可与现有的贵金属催化剂媲美。

技术特征：

1.一种硫代尖晶石feni2s4与钒掺杂硫化钼异质结，其化学式为feni2s4/v-mos2。

2.一种硫代尖晶石feni2s4与钒掺杂硫化钼异质结的制备方法，其步骤是，

技术总结
一种硫代尖晶石FeNi2S4与钒掺杂硫化钼异质结及其制备方法。本发明涉及电化学水裂解催化剂技术领域，提供了一种过渡金属双功能催化剂及其制备方法。本发明使用FeNi‑LDH为前驱体，使用碳布(CC)为基质，采用两步水热方法形成异质结构的复合材料FeNi<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;/V‑MoS<subgt;2</subgt;，异质结的形成，促进了HER和OER过程中的电荷转移和电子传递。FeNi<subgt;2</subgt;S<subgt;4</subgt;/V‑MoS<subgt;2</subgt;电催化剂在碱性电解质中均表现出优异的HER和OER性能。

技术研发人员：何兴权,肖倩文
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/16