一种硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂、制备方法及其应用
文献发布时间：2023-06-19 16:06:26
技术领域
本发明涉及电催化技术领域，具体涉及一种硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂、制备方法及其应用。
背景技术
能源和环境问题促使人们需求一种可再生的清洁能源技术，氢能作为一种高能量密度的可再生清洁能源，具有广阔的应用前景。
电催化分解水制氢是一种有效的获取氢能源的技术，然而其中析氧半反应(OER)涉及四电子的转移过程，反应过程缓慢，制约着电解水制氢的效率，因此提高析氧反应电催化剂的催化效率是实现高效电解水制氢的关键。
目前商用析氧电催化剂多为基于贵金属的二氧化钌、二氧化铱，然而其价格昂贵且地球储量稀少，因此需要开发和设计基于非贵金属的析氧电催化剂以满足电解水制氢大规模工业化应用需求。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
本发明的目的在于解决现有电催化剂析氧性能和稳定性差的问题，提供了一种硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂、制备方法及其应用。
为了实现上述目的，本发明公开了一种硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：分别称取硝酸镍，硝酸铈和硫代硫酸钠；
S2：将步骤S1中称取的前驱体试剂加入含有去离子水和基底的反应釜中，加热；
S3：冷却至室温后，去除泡沫镍，洗涤晾干后，获得硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂。
所述步骤S1中硝酸镍的质量为45～360mg，硝酸铈质量为20～180mg，硫代硫酸钠质量为10～60mg。
所述步骤S2中去离子水为60mL。
所述步骤S2加热温度为120℃，加热后保持12h。
所述步骤S2中基底为泡沫镍、泡沫铁、碳布和导电玻璃中的任意一种。
本发明还公开了采用上述制备方法制得的硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂和这种硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂在电催化水分解析氧中的应用。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明以硝酸镍、硝酸铈和硫代硫酸钠为原料，通过一步水热法在泡沫镍基底上原位生长硫掺杂的氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列。本发明所述电催化剂制备工艺简单，同时展现出优异的电催化水分解析氧反应电催化活性和稳定性；
本发明制备得到的硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂应用到电催化析氧反应中具有优异的催化性能，在电流密度为10mA/cm
附图说明
图1为实施例3制备的硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列的SEM图；
图2为实施例3制备的硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列的XRD图；
图3为不同实施例制备的样品电催化析氧反应线性扫描伏安曲线；
图4为实施例3制备的硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂、未掺杂S与及CeO
图5为硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂在不同电流密度下的过电位统计图；
图6为硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂的稳定性测试结果。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1
本实施例提供硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取适量180mg硝酸镍和40mg硫代硫酸钠。
(2)将以上前驱体试剂置于含60mL去离子水和泡沫镍的100mL反应釜。
(3)将反应釜加热到120℃并保持12h。
(4)冷却至室温后，去除泡沫镍，洗涤晾干后，获得硫掺杂的氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂。
实施例2
本实施例提供硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取适量180mg硝酸镍，45mg硝酸铈和40mg硫代硫酸钠。
(2)将以上前驱体试剂置于含60mL去离子水和泡沫镍的100mL反应釜。
(3)将反应釜加热到120℃并保持12h。
(4)冷却至室温后，去除泡沫镍，洗涤晾干后，获得硫掺杂的氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂。
实施例3
本实施例提供硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取适量180mg硝酸镍，90mg硝酸铈和40mg硫代硫酸钠。
(2)将以上前驱体试剂置于含60mL去离子水和泡沫镍的100mL反应釜。
(3)将反应釜加热到120℃并保持12h。
(4)冷却至室温后，去除泡沫镍，洗涤晾干后，获得硫掺杂的氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂。
实施例4
本实施例提供硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取适量180mg硝酸镍，180mg硝酸铈和40mg硫代硫酸钠。
(2)将以上前驱体试剂置于含60mL去离子水和泡沫镍的100mL反应釜。
(3)将反应釜加热到120℃并保持12h。
(4)冷却至室温后，去除泡沫镍，洗涤晾干后，获得硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂。
实施例5
本实施例提供硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别称取适量180mg硝酸镍，360mg硝酸铈和40mg硫代硫酸钠。
(2)将以上前驱体试剂置于含60mL去离子水和泡沫镍的100mL反应釜。
(3)将反应釜加热到120℃并保持12h。
(4)冷却至室温后，去除泡沫镍，洗涤晾干后，获得硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂。
从图1实施例3制备得到硫掺杂氢氧化镍-二氧化铈复合纳米电催化剂的SEM图可以看出其为纳米棒阵列结构，从其XRD图中可以看出其相组成为氢氧化镍和二氧化铈。
测试不同实施例制备所得的泡沫镍自支撑的硫掺杂的氢氧化镍-二氧化铈复合纳米棒阵列电催化剂(S-Ni(OH)
分别以不同实施例制备的电催化剂为工作电极，以铂片电极为对电极，以Hg/HgO电极为参比电极，将新鲜制备的1M KOH水溶液(PH＝13.9)用作电解质，测试电催化析氧反应极化曲线(图3)。由图3可知，当硝酸铈的用量为90mg时，所得催化剂的电催化性能最优。
分别以Ni(OH)
对S-Ni(OH)
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。