一种MoS2/NiPS3复合异质结构纳米片电催化剂及其制备方法和应用

一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于电解催化技术领域，具体涉及一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

2.氢能作为一种清洁、无污染的二次能源，具有极高的质量能量密度，是实现新能源目标的理想选择。相较于煤气化、甲烷蒸汽重整等传统制氢技术，电解水制氢技术为氢能的发展提供了较好的机遇，地球上丰富的水资源为氢气的可持续制备提供了先决条件，水分解需要的电能可通过可再生能源(风能、潮汐能)转换而来，并且分解产物无污染。然而，在电催化分解水过程中，阴极析氢反应(her)和阳极析氧反应(oer)涉及多电子转移过程，产生过电位并导致能量损失。因此需要高性能电催化剂降低水分解的过电位。目前，用于her和oer的最优催化剂分别为pt基材料和ru/ir氧化物，但稀缺的含量和高昂的价格极大限制了它们的商用化。因此开发高效、价廉的非贵金属电催化剂，使电解水制氢过程更加经济高效是急需解决的科学问题。更进一步地，开发研究具有析氢和析氧双重催化活性的非贵金属电催化剂是具有挑战性的课题。
3.三元镍磷硫化物(nips3)是一种新型的her和oer电催化剂材料，具有诸多优异的特性。例如，nips3的层状结构使得其能够被剥离成二维材料，为电催化反应提供更多的活性表面；nips3具有中等合适的带隙范围(～1.6ev)，表现出半导体特性，易进行电子调制；在碱性介质中具有卓越的活性和高稳定性；磷和硫之间电负性的差异使得面内电子结构充满多样性，能够满足各种得失电子需求。尽管有上述的特点和优势，目前针对nips3的研究仍处于起步阶段，面临许多科学问题，具体表现在：传统的液相剥离法效率低下，且无法合成具有较大横向尺寸的纳米片；nips3的本征导电率差，不利于电荷传输；其催化性能的进一步提升受限于惰性的基面，需要适宜的方法进行基面激活；关于nips3异质结构的研究处于空白阶段。同样地，在具有与nips3结构相似的过渡金属二硫属化物(tmd)中，mos2由于其合成制备简单、成本低廉、大比表面积等被认为是经典的析氢电催化剂。然而，大量的实验和理论研究表明，mos2中的大部分活性位点是边缘的s原子，在纯相的mos2中不易暴露。并且其析氧能力需要进一步的提升。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的低剥离效率、低导电性、较差催化活性、功能单一的问题。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
7.步骤1，将nips3晶体置于折叠的金属铂网中，夹持金属铂网作为工作电极，将铂丝
电极作为对电极，以溶解有四丁基四氟硼酸铵的n,n-二甲基甲酰胺溶液作为电解液，进行电化学剥离，获得悬浮液，将悬浮液通过冰浴超声，清洗超声产物后，将产物在真空条件下干燥，获得nips3纳米片；
8.步骤2，将(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和ch4n2s溶解在水中，形成均相溶液；将nips3纳米片溶解于均相溶液中，超声处理形成悬浊液，将悬浊液置于反应釜中反应，将反应产物清洗后，离心处理获得沉淀，将沉淀真空干燥后，获得mos2/nips3异质结构纳米片电催化剂。
9.本发明的进一步改进在于：
10.优选的，步骤1中，电解液中四丁基四氟硼酸铵的浓度为0.05m。
11.优选的，步骤1，电化学过程中静态偏压为-5v
‑–
10v，反应时间为3-6h。
12.优选的，步骤1中，冰浴超声时间为30-90min，超声功率为100-200w。
13.优选的，步骤2中，(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和ch4n2s的摩尔比为(0.04-0.14)：(0.7-3.5)。
14.优选的，步骤2中，nips3纳米片和ch4n2s的比例为(20-40)mg：(0.7-3.5)mmol。
15.优选的，步骤2中，反应温度为180-200℃，反应时间为9-15h。
16.优选的，步骤1和步骤2中的真空干燥温度均为60℃，真空干燥时间均为10h。
17.一种通过上述任意一项制备方法制得的mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂，包括nips3纳米片，所述nips3纳米片上生长有mos2纳米片。
18.一种上述的mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂在电解水制氢与制氧中的应用。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明公开了一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，该制备方法首先，通过电化学剥离法，将块状nips3材料膨胀成疏松的海绵状；其次，将海绵状的nips3收集并进行温和的超声作用，使其剥离成nips3纳米片，并使用无水乙醇进行离心清洗；随后，将nips3纳米片进行真空干燥，收集粉末待用；然后，称取一定量的干燥nips3粉末分散在含有mo原和s原的溶液中，通过一步水热法在nips3表面原位垂直生长mos2纳米片，形成mos2/nips3异质结构纳米片。
21.进一步的，该制备方法与传统机械剥离和超声剥离技术不同，采用先进的电化学剥离法结合温和超声技术，能够高效地将块体nips3材料剥离成厚度薄(约3nm)，横向尺寸大(约5μm)且均一的二维纳米片，为异质结构的构筑提供理想的二维平台。通过一步水热法，将mos2垂直均匀地生长在nips3表面，优势在于：能够通过调节mo原和s原的种类和比例来调控表面mos2的物相和覆盖度，这将影响生长出来的mos2边缘s活性位点的暴露数量及本征活性，进一步影响了催化性能；ch4n2s作为硫原，多加则在nips3纳米片多生长出mos2纳米片，少加则生长出的mos2纳米片少，mos2纳米片生长的过多，则使得nips3纳米片被覆盖的太多，影响催化效果。该制备方法能够避免mos2自由生长和团聚，使其形成垂直异质结构。形成mos2/nips3异质结构，
22.本发明还公开了一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂，该催化剂在nips3纳米片上生长mos2纳米片。是一种具有析氢和析氧双重电催化性能的催化剂。该材料具有稳定的结构，形貌良好，电催化活性高。异质结构具有多种催化体系的协同效应、载体动力学增强、催化位点激活和优化中间体的吸附/解吸能力的多重作用。并且，异质结构为实现
her和oer双催化功能提供了可靠的平台。该材料将nips3与mos2结合，制备mos2/nips3垂直异质结构，有利于在激活nips3基底的同时暴露mos2边缘的s原子，提升催化活性。
23.本发明还公开了一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的应用。该催化剂因为mos2纳米片在nips3纳米片生长时，两相界面处因为晶格扭曲和原子错排，使得界面处生成活性位点，一方面在nips3基底上构造了诸多缺陷，激活了基面的活性位点，促进了载流子传输；另一方面使得mos2垂直生长，边缘的s活性位点得以充分暴露，使得相对于本身均为惰性材料的mos2纳米片和nips3纳米片，均增加了活性位点，增加作为催化剂时的催化效果。并且，这种异质结构是基于化学成键形成的，mos2和nips3基底之间的紧密连接，赋予异质结构优异的稳定性和耐久性。此外，这种竖直生长的构型带来了垂直的离子渗透通道，促进了离子渗透，高粗糙度的纳米表面，有利于her操作过程中气泡的释放，有效地降低气泡的过电位。并且，两者电子结构和功函数的差异必然导致电子的转移，有利于催化过程中需要得电子的her反应和需要失电子的oer反应的活性位点的构建。
24.进一步的，应用过程中，本发明的mos2/nips3复合异质结构纳米片作为电催化水分解催化剂，展现出了相当高水平的析氢和析氧性能。使用mo原和s原分子比接近1:15的溶液合成的优化复合材料表现出了最佳的活性。在碱性和酸性介质中，mos2/nips3在达到10ma cm
–2电流密度时的her过电位(η
10
)分别为112mv和183mv，tafel斜率分别为64mv dec
–1和72mv dec
–1。在碱性介质中，在达到20ma cm
–2电流密度时的oer的过电位(η
20
)为330mv，tafel斜率为86mv dec
–1。异质结构表现出远超过纯材料的催化活性，并且具有最低的电荷转移电阻。采用mos2/nips3异质结构纳米片作为阳极和阴极电催化剂，能够在η
10
＝1.64v的条件下实现了水的整体分解，表现出优异的全解水性能。此外，mos2/nips3异质结构纳米片在20h的稳定性测试下表现出较好的耐久性。
附图说明
25.图1为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片的扫描电镜(sem)图片；
26.图2为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片的原子力显微镜(afm)照片；
27.图3为实施例1制备的mos2/nips3异质结构纳米片的sem图片；
28.图4为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片和mos2/nips3异质结构纳米片的xrd表征；图中还给出了nips3和mos2的标准pdf卡片；
29.图5为实施例1制备的mos2/nips3异质结构纳米片的透射电镜图片；其中，(a)图为异质结构的低倍透射电镜照片；(b)图为异质结构的高分辨透射电镜照片；
30.图6为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片、mos2/nips3异质结构纳米片以及参比样品块体nips3和纯mos2的析氢线性伏安曲线和tafel曲线；其中，(a)图为各个样品的析氢线性伏安曲线；(b)图为各个样品的析氢tafel曲线；
31.图7为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片、mos2/nips3异质结构纳米片以及参比样品块体nips3和纯mos2的析氧线性伏安曲线和tafel曲线；其中，(a)图为各个样品的析氧线性伏安曲线；(b)图为各个样品的析氧tafel曲线；
32.图8为实施例1制备的mos2/nips3异质结构纳米片全分解水的线性伏安曲线；
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
34.本发明公开了一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
35.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
36.通过使用由双电极系统组成的电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成大块nips3晶体的电化学剥落。将nips3大块晶体夹于金属铂网的中间，更为具体的，金属铂网为镂空状的铂金片，将nips3大块晶体置于折叠的铂金片中，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。该夹持方式避免了直接夹持nips3大块晶体，使得在后续的制备过程中，一次性能够电解制备出大量的nips3纳米片，将铂丝电极用作对电极。电解液为溶解了0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)。在工作电极上施加-5v
‑–
10v的静态偏压，反应时间为3-6h，完成电化学剥离。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液，该剥离过程，使得四丁基四氟硼酸铵能够作为插层剂插入在nips3大块晶体中，使得整个晶体膨胀。随后，将悬浮液收集并对其进行30-90min的温和冰浴超声，超声功率100-200w。通过该低功率的超声过程，使得膨胀的晶体缓慢散开，形成大片的横向纳米片，避免了高功率纵向剪切纳米片。将超声获得的混合液用无水乙醇彻底清洗，去除tbab和dmf，将清洗后的液体离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时，获得nips3纳米片备用。通过上述电化学剥离方法获得nips3纳米二维片，产率高，横向尺寸大。
37.2)构建mos2/nips3异质结构
38.取0.04-0.14mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和0.7-3.5mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将20-40mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。(s原控制在nips3上mos2的生长量，s原的量过大，mos2会团聚，s原的量过少，mos2片覆盖不全)超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓风干燥箱中在180-200℃下保持9-15个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时，获得mos2/nips3异质结构。
39.3)电化学性能测试
40.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。使用由参比电极(oer为hg/hgo，her为ag/agcl)、石墨棒对电极和gc工作电极组成的典型三电极系统来测量样品的电催化活性。线性扫描伏安法(lsv)曲线的扫描速度为5mv s-1
，电位范围分别为-0.6-0.1v(vs rhe，her，1m koh)，1.2-1.8v(vs rhe，oer，1m koh)，以及-0.55-0.15v(vs rhe，her，0.5m h2so4)。在lsv试验之前，每个电极以100mv s-1
的扫描速率进行20次循环伏安试验(cv)。在碱性溶液(1m koh)中，使用双电极装置研究整体水分解性能，mos2/nips3异质结构分别用作阴极和阳极。扫描速度为5mv s-1
，在1.1
–
1.8v(vs rhe)范围内测量。
41.实施例1
42.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
43.在金属铂网中间夹上nips3大块晶体，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。将铂丝电极用作对电极。将0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)中，作为电解液。使用电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成了大块nips3晶体的电化学剥落，在工作电极上施加-5v的静态偏压，反应时间为6h。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液。随后，将悬浮液收集并对其进行90min的温和冰浴超声，超声功率为200w。所得产品用无水乙醇彻底清洗，离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时。
44.2)构建mos2/nips3异质结构
45.取0.14mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和2mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将20mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓风干燥箱中在200℃下保持9个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时。
46.3)电化学性能测试
47.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。在1m koh中使用双电极装置研究了整体水分解性能。
48.对实施例1所制备的样品进行表征测试，结果如下：
49.参见图1，图1为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片的扫描电镜(sem)图片，可以看到nips3块体得到较好地剥离形成薄片状，纳米片表面比较光滑，横向尺寸约为3微米～5微米。
50.参见图2，图2为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片的原子力显微镜(afm)照片，所表征的纳米片厚度为2.58nm，厚度相对较薄。
51.参见图3，图3为实施例1制备的mos2/nips3异质结构纳米片的sem图片，mos2原位垂直生长在nips3纳米片上，原始纳米片的基本形貌没有被破坏，mos2的边缘得以充分暴露，展现出较多的活性位点。
52.参见图4，图4为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片和mos2/nips3异质结构纳米片的xrd表征，图中给出了nips3和mos2的标准pdf卡片。可以看出，异质结构展现出二者的特征峰，证明异质相的成功合成。
53.参见图5，图5为实施例1制备的mos2/nips3异质结构纳米片的透射电镜图片，清楚地表明，mos2纳米片在电化学剥离nips3(ee nips3)上垂直均匀生长。高分辨透射电镜(hrtem)图像显示了0.287nm以及0.248nm的晶面间距，以对应nips3典型的(130)和(131)晶面。典型的mos2褶皱的晶格条纹得以展现，间距约为0.612nm，对应于mos2的(002)晶面。mos2的垂直嵌入构造了丰富的缺陷，这些缺陷扰乱了基底面周期性的原子排列，导致基底面的
开裂和额外边缘位点的形成。
54.参见图6，图6为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片、mos2/nips3异质结构纳米片以及参比样品块体nips3和纯mos2的析氢线性伏安曲线和tafel曲线，在1m koh中，与块体nips3(409mv)、电化学剥离nips3(234mv)、纯mos2(304mv)在10ma cm
–2处的过电位(η
10
)相比，mos2/nips3异质结构表现出优越的her活性，起始过电位约为34mv，η
10
为112mv。借助于tafel斜率值对其相应的her动力学进行比较(右图)。mos2/nips3异质结构的tafel斜率为64mv dec
–1，低于块体nips3(102mv dec
–1)、电化学剥离nips3(107mv dec
–1)、纯mos2(137mv dec
–1)，表现出较快的her动力学。
55.参见图7，图7为实施例1制备的电化学剥离nips3纳米片、mos2/nips3异质结构纳米片以及参比样品块体nips3和纯mos2的析氧线性伏安曲线和tafel曲线，mos2/nips3异质结构在较大电流密度下的过电位η
20
和tafel斜率(330mv，86mv dec
–1)低于块体nips3(408mv，102mv dec
–1)、电化学剥离nips3(370mv，90mv dec
–1)、纯mos2(472mv，102mv dec
–1)，与纯mos2及电化学剥离nips3材料相比，mos2/nips3异质结构表现出oer的催化性能的极大提高。
56.参见图8，图8为实施例1制备的mos2/nips3异质结构纳米片全分解水的线性伏安曲线，在1m koh中用mos2/nips3||mos2/nips3双电极体系进行了水电解。极化曲线表明，在η
10
＝1.64v的条件下，即可实现整体水分解。
57.实施例2
58.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
59.在金属铂网中间夹上nips3大块晶体，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。将铂丝电极用作对电极。将0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)中，作为电解液。使用电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成了大块nips3晶体的电化学剥落，在工作电极上施加-10v的静态偏压，反应时间为3h。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液。随后，将悬浮液收集并对其进行90min的温和冰浴超声，超声功率为200w。所得产品用无水乙醇彻底清洗，离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时。
60.2)构建mos2/nips3异质结构
61.取0.14mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和2mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将20mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓风干燥箱中在200℃下保持9个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时。
62.3)电化学性能测试
63.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。在1m koh中使用双电极装置研究了整体水分解性能。
64.实施例3
65.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
66.在金属铂网中间夹上nips3大块晶体，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。将铂丝电极用作对电极。将0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)中，作为电解液。使用电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成了大块nips3晶体的电化学剥落，在工作电极上施加-5v的静态偏压，反应时间为6h。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液。随后，将悬浮液收集并对其进行90min的温和冰浴超声，超声功率为200w。所得产品用无水乙醇彻底清洗，离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时。
67.2)构建mos2/nips3异质结构
68.取0.10mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和0.7mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将20mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓风干燥箱中在180℃下保持9个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时。
69.3)电化学性能测试
70.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。在1m koh中使用双电极装置研究了整体水分解性能。
71.实施例4
72.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
73.在金属铂网中间夹上nips3大块晶体，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。将铂丝电极用作对电极。将0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)中，作为电解液。使用电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成了大块nips3晶体的电化学剥落，在工作电极上施加-5v的静态偏压，反应时间为6h。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液。随后，将悬浮液收集并对其进行90min的温和冰浴超声，超声功率为150w。所得产品用无水乙醇彻底清洗，离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时。
74.2)构建mos2/nips3异质结构
75.取0.04mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和3.5mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将20mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓风干燥箱中在190℃下保持9个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时。
76.3)电化学性能测试
77.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催
化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。在1m koh中使用双电极装置研究了整体水分解性能。
78.实施例5
79.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
80.在金属铂网中间夹上nips3大块晶体，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。将铂丝电极用作对电极。将0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)中，作为电解液。使用电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成了大块nips3晶体的电化学剥落，在工作电极上施加-5v的静态偏压，反应时间为6h。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液。随后，将悬浮液收集并对其进行60min的温和冰浴超声，超声功率为150w。所得产品用无水乙醇彻底清洗，离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时。
81.2)构建mos2/nips3异质结构
82.取0.14mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和2mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将20mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓风干燥箱中在200℃下保持15个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时。
83.3)电化学性能测试
84.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。在1m koh中使用双电极装置研究了整体水分解性能。
85.实施例6
86.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
87.在金属铂网中间夹上nips3大块晶体，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。将铂丝电极用作对电极。将0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)中，作为电解液。使用电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成了大块nips3晶体的电化学剥落，在工作电极上施加-7v的静态偏压，反应时间为5h。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液。随后，将悬浮液收集并对其进行30min的温和冰浴超声，超声功率为150w。所得产品用无水乙醇彻底清洗，离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时。
88.2)构建mos2/nips3异质结构
89.取0.1mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和1.7mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将30mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓
风干燥箱中在190℃下保持10个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时。
90.3)电化学性能测试
91.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。在1m koh中使用双电极装置研究了整体水分解性能。
92.实施例7
93.1)电化学剥离法制备nips3纳米片
94.在金属铂网中间夹上nips3大块晶体，并将铂网夹在铂夹上作为工作电极。将铂丝电极用作对电极。将0.05m四丁基四氟硼酸铵(tbab)溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶液(30ml)中，作为电解液。使用电化学工作站(中国上海辰华仪器厂chi 650)完成了大块nips3晶体的电化学剥落，在工作电极上施加-8v的静态偏压，反应时间为4h。在电化学剥离过程中，大量的nips3晶体膨胀并剥落，形成棕的悬浮液。随后，将悬浮液收集并对其进行80min的温和冰浴超声，超声功率为100w。所得产品用无水乙醇彻底清洗，离心5次(10000rpm)，沉淀，并在60℃真空下干燥10小时。
95.2)构建mos2/nips3异质结构
96.取0.14mmol(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和2mmol ch4n2s溶解在30ml去离子水中，并高速搅拌30min以形成透明的均相溶液。然后，将40mg步骤1)制得的nips3纳米片分散在上述溶液中。超声处理30分钟后，将悬浊液转移到50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，并放入鼓风干燥箱中在180℃下保持12个小时。自然冷却后，用无水乙醇彻底清洗产品，离心3次(8000rpm，3min)，沉淀，并在60℃下真空干燥10小时。
97.3)电化学性能测试
98.将催化剂材料(4mg)和乙炔炭黑(1mg)混合并研磨成砂浆，然后将其分散在由异丙醇(450μl)、超纯水(50μl)和5wt％nafion(20μl)组成的溶液中，超声波处理2h。随后，将催化油墨(10μl)均匀沉积并在玻碳(gc，3mm)工作电极上干燥数小时，以形成由催化剂组成的薄膜。在autolab pgstat204工作站上测试了在酸性溶液(0.5m h2so4)和碱性溶液(1m koh)中的her性能，以及在1m koh电解质中的oer性能。在1m koh中使用双电极装置研究了整体水分解性能。
99.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将nips3晶体置于折叠的金属铂网中，夹持金属铂网作为工作电极，将铂丝电极作为对电极，以溶解有四丁基四氟硼酸铵的n,n-二甲基甲酰胺溶液作为电解液，进行电化学剥离，获得悬浮液，将悬浮液通过冰浴超声，清洗超声产物后，将产物在真空条件下干燥，获得nips3纳米片；步骤2，将(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和ch4n2s溶解在水中，形成均相溶液；将nips3纳米片溶解于均相溶液中，超声处理形成悬浊液，将悬浊液置于反应釜中反应，将反应产物清洗后，离心处理获得沉淀，将沉淀真空干燥后，获得mos2/nips3异质结构纳米片电催化剂。2.根据权利要求1所述的一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，电解液中四丁基四氟硼酸铵的浓度为0.05m。3.根据权利要求1所述的一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1，电化学过程中静态偏压为-5v
‑–
10v，反应时间为3-6h。4.根据权利要求1所述的一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，冰浴超声时间为30-90min，超声功率为100-200w。5.根据权利要求1所述的一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，(nh4)6mo7o
24
·
4h2o和ch4n2s的摩尔比为(0.04-0.14)：(0.7-3.5)。6.根据权利要求1所述的一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，nips3纳米片和ch4n2s的比例为(20-40)mg：(0.7-3.5)mmol。7.根据权利要求1所述的一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，反应温度为180-200℃，反应时间为9-15h。8.根据权利要求1所述的一种mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1和步骤2中的真空干燥温度均为60℃，真空干燥时间均为10h。9.一种通过权利要求1-8任意一项制备方法制得的mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂，其特征在于，包括nips3纳米片，所述nips3纳米片上生长有mos2纳米片。10.一种权利要求9所述的mos2/nips3复合异质结构纳米片电催化剂在电解水制氢与制氧中的应用。

技术总结

本发明公开了一种MoS2/NiPS3复合异质结构纳米片电催化剂及其制备方法和应用，该制备方法首先，通过电化学剥离法，将块状NiPS3材料膨胀成疏松的海绵状；其次，将海绵状的NiPS3收集并进行温和的超声作用，使其剥离成NiPS3纳米片，并使用无水乙醇进行离心清洗；随后，将NiPS3纳米片进行真空干燥，收集粉末待用；然后，称取一定量的干燥NiPS3粉末分散在含有Mo原和S原的溶液中，通过一步水热法在NiPS3表面原位垂直生长MoS2纳米片，形成MoS2/NiPS3异质结构纳米片。该异质结构纳米片具有多种催化体系的协同效应、载体动力学增强、催化位点激活和优化中间体的吸附/解吸能力的多重作用。和优化中间体的吸附/解吸能力的多重作用。和优化中间体的吸附/解吸能力的多重作用。

技术研发人员：

戴正飞 刘耀达 陈亚 翟文芳

受保护的技术使用者：

西安交通大学

技术研发日：

2022.04.12

技术公布日：

2022/8/2