IPC分类号 : C01G31/00,B82Y30/00,B82Y40/00,B01J27/04
专利摘要
本发明提供了一种3D多级结构VS2析氢电催化剂,具有由VS2纳米片层堆叠而成的花球状形貌,制备方法为:将导电碳基浸泡在包含摩尔比为(1~3):(4~6):(0.1~0.4)的Na3VO4·12H2O、CH3CSNH2、及聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物(PEO‑PPO‑PEO)的分散体中,水热反应,得到3D多级结构VS2析氢电催化剂。该方法制备的纳米片长在碳布基底上,形成了3D多级结构的纳米花。这种3D多级结构的纳米花非常有利于离子的自由进出,继而暴露出更多的活性位点,从而提高了电催化析氢性能。
权利要求
1.一种3D多级结构VS
将导电碳基浸泡在包含Na
Na
2.根据权利要求1所述的一种3D多级结构VS
3.根据权利要求2所述的一种3D多级结构VS
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种3D多级结构VS
1)将碳布裁剪成1×5cm的长方形,在80~120℃于浓硝酸中回流活化1~3小时,然后用乙醇和去离子水分别清洗3~5次,50~70℃下干燥6~8h得到处理后的碳布;
2)分别称取摩尔比为(1~3):(4~6):(0.1~0.3)的Na
3)将1)处理的碳布放入反应内衬中,将2)得到的澄清溶液倒入,密封进行水热反应,设定反应温度为160~200℃,反应时间为18~28h;
4)反应结束后,待反应釜自然冷却至室温,取出碳布,然后用乙醇和去离子水分别清洗3次,最后将碳布50~70℃下干燥5~8h,即得到3D多级结构VS
说明书
技术领域
本发明属电催化析氢催化剂技术领域,具体涉及一种3D多级结构VS2析氢电催化剂及其制备方法。
背景技术
过渡金属二硫化物具有独特的电化学性质和催化性质,可以广泛的应用于能源领域,例如用作锂电电极、催化剂等,是一类非常重要的材料。尤其是二硫化钒(VS2)更是受到人们的特别关注。
二硫化钒具有独特的层状结构,有利于离子的吸附和解离,可以嵌入不同比例的Li等金属离子,因此可用作电极材料,能够极大的改善电极的性质。随着人们对二硫化钒性质了解的进一步深入,其应用领域与应用方式必将被大大拓宽,产生相助的社会效益和经济效益。
目前,关于VS2纳米结构的溶液生长的报道非常有限,更重要的是,它们都是以粉末的形式制备的,这需要额外的粘结剂(如Nafion)——辅助薄膜铸造或涂布程序。所获得的电极活性面积有限(被粘结剂堵塞),扩散缓慢,导电性差。为了进一步提高VS2的性能,直接在导电基片上生长具有较大表面积的VS2纳米结构至关重要。而本专利中在碳布基底上实现了3D多级结构VS2的合成,且产物具有良好的析氢活性。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足,目的在于提出一种3D多级结构二硫化钒的制备方法,该方法操作简单,反应条件温和,制备的VS2产品纯度高,形貌和尺寸均一。为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案。
(1)将碳布裁剪成1×5cm的长方形,在80~120℃于浓硝酸中回流活化1~3小时,然后用乙醇和去离子水分别清洗3~5次,50~70℃下干燥6~8h得到处理后的碳布;
(2)分别称取Na3VO4·12H2O、TAA(CH3CSNH2)和PEO-PPO-PEO,摩尔比为(1~3):(4~6):(0.1~0.3),溶于25~40ml去离子水中,此时钒源的浓度为(0.02~0.075)mol/L,硫源的浓度为(0.1~0.15)mol/L,PEO-PPO-PEO的浓度为(0.0025~0.0075)mol/L在室温下磁力搅拌40~60min,得到澄清溶液;
(3)将(1)处理的碳布放入反应内衬中,将(2)得到的澄清溶液倒入,密封进行水热反应,设定反应温度为160~200℃,反应时间为18~28h;
(4)反应结束后,待反应釜自然冷却至室温,取出碳布,然后用乙醇和去离子水分别清洗3次,最后将碳布50~70℃下干燥5~8h,即得到3D多级结构VS2。
进一步地,PEO-PPO-PEO采用P123(PEO20PPO70PEO20)
本发明的有益的效果为:
(1)该方法由于其采用的是一步水热反应直接合成最终产物,因而具有低的合成温度,工艺简单易操作,原料廉价易得,成本低,产率高,无需后期处理,对环境友好,可以适合大规模生产;
(2)该方法制备的产物化学组成均一,纯度高,形貌均匀;
(3)该方法制备的纳米片长在碳布基底上,形成了3D多级结构的纳米花。这种3D多级结构的纳米花非常有利于离子的自由进出,继而暴露出更多的活性位点,从而提高了电催化析氢性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的生长在碳布上的VS2纳米花阵列的X-射线衍射(XRD)图谱;
图2为本发明实施例2制备的生长在碳布上的VS2纳米花阵列的放大1100倍的扫描电镜(SEM)照片;
图3为本发明实施例2制备的生长在碳布上的VS2纳米花阵列的放大450倍的扫描电镜(SEM)照片;
图4为本发明实施例3制备的生长在碳布上的VS2纳米花阵列的线性扫描伏安(LSV)性能测试图。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明作进一步详细说明:
实施例1:
(1)将碳布裁剪成1×5cm的长方形,在120℃于浓硝酸中回流活化1小时,然后用乙醇和去离子水分别清洗3次,50℃下干燥8h得到处理后的碳布;
(2)分别称取 Na3VO4·12H2O、TAA(CH3CSNH2)和P123(PEO20PPO70PEO20),摩尔比为1:4:0.1,溶于25ml去离子水中,此时钒源的浓度为0.04mol/L,硫源的浓度为0.133mol/L,P123的浓度为0.0033mol/L,在室温下磁力搅拌40min,得到澄清溶液;
(3)将(1)处理的碳布放入反应内衬中,将(2)得到的澄清溶液倒入,密封进行水热反应,设定反应温度为160℃,反应时间为18h;
(4)反应结束后,待反应釜自然冷却至室温,取出碳布,然后用乙醇和去离子水分别清洗3次,最后将碳布50℃下干燥8h,即得到均匀的3D多级结构纳米花状VS2。
图1为本实施例制备的生长在碳布上的VS2纳米花阵列的X-射线衍射(XRD)图谱。从图1中可以看出碳布表面长上了物质,且产物是结晶度很高的VS2。
实施例2:
(1)将碳布裁剪成1×5cm的长方形,在80℃于浓硝酸中回流活化2小时,然后用乙醇和去离子水分别清洗4次,50℃下干燥8h得到处理后的碳布;
(2)分别称取 Na3VO4·12H2O、TAA(CH3CSNH2)和P123(PEO20PPO70PEO20),摩尔比为1.5:5:0.2,溶于35ml去离子水中,此时钒源的浓度为0.043mol/L,硫源的浓度为0.143mol/L,P123的浓度为0.0057mol/L,在室温下磁力搅拌40min,得到澄清溶液;
(3)将(1)处理的碳布放入反应内衬中,将(2)得到的澄清溶液倒入,密封进行水热反应,设定反应温度为180℃,反应时间为22h;
(4)反应结束后,待反应釜自然冷却至室温,取出碳布,然后用乙醇和去离子水分别清洗3次,最后将碳布50℃下干燥8h,即得到均匀的3D多级结构纳米花状VS2。
图2、图3为本实施例制备的生长在碳布上的VS2纳米花阵列的扫描电镜(SEM)照片。从图2、图3的SEM图中可以看出该样品是生长在碳布上的3D纳米花结构。
实施例3:
(1)将碳布裁剪成1×5cm的长方形,在80℃于浓硝酸中回流活化2小时,然后用乙醇和去离子水分别清洗5次,60℃下干燥7h得到处理后的碳布;
(2)分别称取 Na3VO4·12H2O、TAA(CH3CSNH2)和P123(PEO20PPO70PEO20),摩尔比为2:4.5:0.2,溶于35ml去离子水中,此时钒源的浓度为0.057mol/L,硫源的浓度为0.128mol/L,P123的浓度为0.0057mol/L,在室温下磁力搅拌60min,得到澄清溶液;
(3)将(1)处理的碳布放入反应内衬中,将(2)得到的澄清溶液倒入,密封进行水热反应,设定反应温度为180℃,反应时间为24h;
(4)反应结束后,待反应釜自然冷却至室温,取出碳布,然后用乙醇和去离子水分别清洗3次,最后将碳布60℃下干燥7h,即得到均匀的3D多级结构纳米花状VS2。
图4为本实施例制备的生长在碳布上的VS2纳米花阵列的线性扫描伏安(LSV)性能测试图。从图4的线性扫描伏安图中可以看出,该样品在电流密度为10mA/cm
实施例4:
(1)将碳布裁剪成1×5cm的长方形,在120℃于浓硝酸中回流活化3小时,然后用乙醇和去离子水分别清洗4次,70℃下干燥6h得到处理后的碳布;
(2)分别称取 Na3VO4·12H2O、TAA(CH3CSNH2)和P123(PEO20PPO70PEO20),摩尔比为3:6:0.3,溶于40ml去离子水中,此时钒源的浓度为0.075mol/L,硫源的浓度为0.15mol/L,P123的浓度为0.0075mol/L,在室温下磁力搅拌60min,得到澄清溶液;
(3)将(1)处理的碳布放入反应内衬中,将(2)得到的澄清溶液倒入,密封进行水热反应,设定反应温度为200℃,反应时间为28h;
(4)反应结束后,待反应釜自然冷却至室温,取出碳布,然后用乙醇和去离子水分别清洗3次,最后将碳布70℃下干燥6h,即得到均匀的3D多级结构纳米花状VS2。
一种3D多级结构VS析氢电催化剂及其制备方法专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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