2021年第6期广东化工
第48卷总第440期 · 1 ·
溶胶凝胶法制备二硫化钼干凝胶
复合电极和电化学性能表征
简旻坤
(厦门理工学院材料科学与工程学院，福建厦门361024)
[摘要]通过溶胶凝胶法在泡沫镍表面滴涂二硫化钼干凝胶复合材料来制备析氢电极。通过改变不同的溶液配比来改变复合材料的形貌和结构，利用泡沫镍和复合材料的高催化性、高比表面积和高电导性的特性，研究不同形貌和结构的复合电极对析氢效果的影响。运用多种分析测试技术对制备的复合材料进行表征，并通过电化学方法对复合电极的析氢性能进行研究，研究表明当0.01 mol·L-1钼酸钠-0.4 mol·L-1硫脲配比溶液在水热反应下生成二硫化钼，然后通过溶胶凝胶法制备二硫化钼无机干凝胶滴涂在泡沫镍表面，复合材料的电催化析氢性能最好。
[关键词]泡沫镍；二硫化钼；无机干凝胶；析氢反应
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)06-0001-02
Preparation and Hydrogen Evolution Performance of MoS2 Combination Electrode林俊杰的英文歌
by Sol-gel Process
Jian Minkun
(School of Materials Science and Engineering Xiamen University of Technology, Xiamen 361024, China) Abstract:Hydrogen evolution electrode was produced by MoS2inorganic xerogel on nickel foam by sol-gel process. The morphology and structure of combination electrode was controlled by changing the solution proportioning. The high catalytic activity, high specific surface area, and high electrical conductivity have advantage for the combination electrode, we have investigated the electrocatalytic activity with different morphologies and structures for hydrogen evolution reaction (HER). The rearch show that MoS2 prepared by 0.01 mol/L sodium molybdate -0.4 mol/L thiourea through the hydrothermal reaction, than produce the MoS2 inorganic xerogel to drop on the nickel foam, the combination electrode has the best electrocatalytic activity.
Keywords: Nickel foam；MoS2；Inorganic xerogel；Hydrogen evolution reaction
1 引言
经济和科技的不断进步为人类社会的发展提供动力，同时也带来了很多环境问题。环境污染严重威胁了人类社会的可持续发展。各种能源的加速使用，也使能源紧缺问题日益明显。人们对清洁能源的关注越来越多，太阳能、风能、氢能等都得到大力发展[1-5]。其中氢能的优势更加突然，氢气的燃烧效率高，燃烧的产物是水，对环境没有污染。氢气有很多来源，其中电催化制氢被认为是最具可持续性，经济效益最高的方法。在电催化制氢工业中，铂电极作为电极材料的制氢效率最高，但是铂资源少，获得成本高[6-8]。作为消耗巨大的电极使用成本过高，直接限制了它在析氢行业的广泛应用。学术和产业界一直在寻找可以替代铂的材料，作为析氢电极使用。
泡沫镍是一种网状结构金属材料，其三维网状结构使它具备更大的比表面积。泡沫镍本身良好的电导性也使它作为电极材料成为可能[9-11]。研究发现，泡沫镍作为析氢电极，本身就具备一定析氢性能。但是与铂电极相比析氢过电位较高，如果作为析氢电极使用能耗较大。如果以泡沫镍作为基底材料，结合其他析氢过电位低的复合材料，有可能降低电极的析氢过电位，提高制氢的效率。
本研究采用水热反应结合溶胶凝胶法，先用水热反应合成二硫化钼，然后使用溶胶凝胶法制备二硫化钼干凝胶[12-16]，通过调控水热反应前驱液的浓度和反应时间，结合溶胶凝胶法制备不同组成的复合材料。滴涂在泡沫镍表面制成析氢电极，并用电化学工作站研究其析氢性能。
2 实验部分
2.1 实验试剂和仪器
试剂：硫脲(分析纯)，钼酸钠(分析纯)，浓盐酸(37 %分析纯)，丙酮(分析纯)，氢氧化钠(分析纯)，正硅酸四乙脂TEOS(分析纯)，磷酸三乙酯TEP(分析纯)，无水乙醇(分析纯)。以上分析纯试剂均购于国药集团。
仪器：电化学工作站(CHI760D)，电磁搅拌器，超声波清洗器(030ST)，电子天平(BSA124S)，电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9053A)，电热小烤箱(XH1007)，扫描电子显微镜(51-XMAX1003 EVO18)，X射线衍射仪(XPert Powder)。
2.2 二硫化钼干凝胶复合电极的制备
将泡沫镍浸泡在丙酮中，通过超声清洗去除泡沫镍表面及内部的油污残留；取出后将泡沫镍浸泡在稀盐酸(10 %)中去除泡沫镍表面的氧化物。将预处理好的泡沫镍浸泡在无水乙醇中备用。配制同体积不同浓度的硫脲和钼酸钠溶液装入反应釜中，在电热小烤箱中加热到160度，通过不同的反应时间制备二硫化钼。将制备好的二硫化钼依次用超纯水和无水乙醇清洗，干燥后研磨成粉末备用。配制正硅酸四乙酯，磷酸三乙酯和无水乙醇(体积比为8︰1︰4)混合溶液，加入二硫化钼粉末。通过溶胶凝胶法制备干凝胶，滴涂到备用的泡沫镍表面，空气中干燥后即制成二硫化钼干凝胶复合电极。
3 结果与讨论
3.1 复合电极的微观形貌表征
图1是取同体积的0.01 mol·L-1钼酸钠-0.4 mol·L-1硫脲配比，通过6 h的水热反应制备的样品，取0.1 g样品研磨成粉末，在26 mL溶胶凝胶前驱体中制备的干凝胶复合电极不同倍数下的SEM 图。从图中可以看出在泡沫镍网状结构表面，沉积了大量的复合材料。其中干凝胶也呈三维网络结构，有部分二硫化钼被包裹其中，还有部分二硫化钼在干凝胶表面。该复合材料增加了复合电极的比表面积，为析氢反应增加了更多的活性位点。
[收稿日期] 2021-01-31
[基金项目] JT180421金属基复合材料析氢电极的制备及其析氢性能表征
[作者简介] 简旻坤(1986-)，男，厦门人，硕士研究生，主要研究方向为新能源材料与器件。
广 东 化 工 2021年 第6期
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高一英语试题
(a)300 X ；(b)1000 X ；(c)3000 X ；(d)10000 X
图1 复合电极的SEM 图
Fig.1 SEM image of combination electrode
3.2 不同浓度、不同反应时间制备的复合电极的电催化析氢性能
图2为不同浓度、不同反应时间制备的复合电极与纯泡沫镍电极的电化学性能测试。由图中可以看出，在1 mol·L -1的NaOH 溶液中，若要达到1 mA/cm 2的电流，纯泡沫镍(图2.a)的析氢过电位在832 mV ，而使用溶胶凝胶法制备的复合电极的过电位大大降低。其他曲线皆为取0.1 g 水热反应生成样品，在26 mL 溶胶凝胶前驱体中制备。(图1.b)为在0.01 mol·L -1钼酸钠-0.04 mol·L -1硫脲水热反应6 h 样品制备的复合电极，过电位在352 mV ；(图1.c)为在0.01 mol·L -1钼酸钠-0.04 mol·L -1硫脲水热反应4 h 样品制备的复合电极，过电位在323 mV ；(图1.d)为在0.01 mol·L -1钼酸钠-0.4 mol·L -1硫脲水热反应6 h 样品制备的复合电极，过电位在183 mV ；(图1.e)为在0.01 mol·L -1钼酸钠-0.4 mol·L -1硫脲水热反应4 h 样品制备的复合电极，过电位为212 mV(图1.f)为在0.02 mol·L -1钼酸钠-0.04 mol·L -1硫脲水热反应6 h 样品制备的复合电极，过电位为282 mV 。
当使用0.01 mol 钼酸钠-0.4 mol 硫脲水热反应6 h 样品制备的复合电极的电催化活性最好。因为通过
溶胶凝胶法会生成二氧化硅的三维交联结构，二硫化钼处于交联结构中间与交联结构表面，会大量增加复合材料的比表面积和活性点位。同时二硫化钼的良好电导性可以促进电催化反应的进行。
图2 复合电极的线性扫描伏安特性曲线 Fig.2 Polarization curves of combination electrode
3.3 电化学稳定性测试
图3为取0.01 mol·L -1钼酸钠-0.4 mol·L -1硫脲水热反应下制备的样品0.1 g ，在26 mL 溶胶凝胶前驱体中制备复合电极后进行电化学稳定性测试。实验条件为施加恒定为电压为2 V ，实验时间设定为3600 s ，电解液为1 mol/L NaOH 溶液；通过持续3600 s 的电解测试，由图3表明，制得复合电极材料在持续电解水实验
中电流波动较小，电极持续电催化稳定性良好。
图3 复合电极的电化学稳定性测试
Fig.3 Polarization curves of Ni-Fe-Zn combination electrode
3.4 XRD 性能表征
图4 复合材料的X 射线衍射图
Fig.4 XRD patterns of combination electrode
用XRD 对不同样品进行表征。所得到的结果如图4所示。对比PDF 标准卡片可以发现，图中的三个主峰都是二硫化钼的衍射峰，与二硫化钼的PDF 相互对应。
(下转第7页)
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拿下马来
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decline什么意思
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体体体导 (%)
弯弯弯弯 (M P a )
弯弯弯弯 (MPa)
图2 BN 填充量对UHMWPE/BN 复合样品的弯曲性能的影响 Fig.2 Influence of BN filling amount on the bending properties of
UHMWPE/BN composite
采用微机控制电子万能试验机对BN 填充UHMWPE 复合样品的弯曲性能进行测量，测量结果如图2所示。从图2可以看出，随着BN 含量的增加复合材料的弯曲性能明显提高，当BN 体积分数为10 %时，复合材料的弯曲强度从初始的12.08 MPa 增加至20.01 MPa ，提高了约66 %，复合材料的弯曲模量从初始的406 MPa 增加至989 MPa ，提高了约143 %。这是因为BN 在高含量的添加情况下，其在UHMWPE 基体中作为无机粒子具有增刚作用。
佛山科技大学3 结论
本文采用导热分析仪、万能力学试验机研究了BN 添加量对UHMWPE 性能影响。研究发现，BN 的加入可有效的提高复合材料平行于热压方向上的导热系数，当BN 体积分数为10 %时，复合材料的导热系数提高了约286 %，同时BN 的加入起到无机粒子增刚作用，使得材料的弯曲性能得到提升。
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(本文文献格式：卢志强．氮化硼对超高分子量聚乙烯导热与弯曲性能影响[J]．广东化工，2021，48(6)：6-7)
(上接第2页)
4 结论
本文通过溶胶凝胶法制备了二硫化钼干凝胶复合电极材料，通过调控不同的溶液浓度和反应时间来得到不同结构和形貌的复合电极。溶胶凝胶法制备的复合材料也呈三维网状结构，滴涂在泡沫镍表面时，极大增强了复合电极的比表面积，也为电催化反应增加更多的活性点位。通过对比实验发现，0.01 mol ·L -1钼酸钠-0.4 mol ·L -1硫脲配比在水热反应下制备的二硫化钼，再通过溶胶凝胶法制备干凝胶，制备的复合电极电催化性能最好，析氢过电位在183 mV 。复合材料的三维网状结构和材料表面的二硫化钼颗粒为反应提供了更多的活性点位，从而改善了复合电极的析氢性能。m signal
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(本文文献格式：简旻坤．溶胶凝胶法制备二硫化钼干凝胶复合电极和电化学性能表征[J]．广东化工，2021，48(6)：1-2)
