[發(fā)明專利]一種陣列結(jié)構(gòu)過渡金屬硒化物電極的制備及其在電解水中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810297329.7
• 申請(qǐng)日: 2018-04-03
• 公開（公告）號(hào): CN108439549B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建榮;劉名乘;豆義波;謝亞勃;魏欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/042
• 分類號(hào): C25B11/042;C25B1/04;C02F1/461
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種陣列結(jié)構(gòu)過渡金屬硒化物電極的制備及其在電解水中的應(yīng)用，屬電極技術(shù)領(lǐng)域。第一步通過簡(jiǎn)單的預(yù)處理對(duì)鎳片(NF)基底進(jìn)行優(yōu)化，第二步在鎳片基底表面原位均勻生長(zhǎng)金屬有機(jī)骨架材料(Mn/Fe/Co/Ni/Cu?MOF)納米陣列，得到NF?MOFs材料，第三步在MOFs納米陣列表面原位硒化，最終制得NF?M_xSe_y納米陣列電極材料。NF?M_xSe_y作為電解水電極具有較低的起始點(diǎn)位、較大的電流密度、優(yōu)異的電催化分解水性能和較高穩(wěn)定性，可應(yīng)用在電解水等新能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)換新能源存儲(chǔ)于轉(zhuǎn)換領(lǐng)域電催化開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)涉及金屬有機(jī)骨架材料(MOFs)構(gòu)筑及其為模板硒化衍生制備陣列結(jié)構(gòu)過渡金屬硒化物(NF-M_xSe_y)電極。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展和人口的不斷增加，以煤、石油、天然氣為主要代表的化石燃料在近幾十年被大量消耗，同時(shí)造成不可避免的環(huán)境污染和能源短缺。因此，尋找一種清潔的可再生能源越來越成為當(dāng)今時(shí)代發(fā)展需求。在眾多材料中，氫氣作為一種綠色環(huán)保、高效、富含能量的清潔能源，是未來有潛力的化石能源的替代品。可再生的特點(diǎn)可以很好解決能源危機(jī)與環(huán)境危機(jī)兩大問題。除可以作為清潔能源使用，氫氣在石油、化工等行業(yè)也有重要應(yīng)用，如氫氣作為原材料工業(yè)和成氨等。目前，氫氣制備方法已發(fā)展很多種，電解水與眾多方法相比具有成本低、高產(chǎn)率、高純度、無污染等優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，陽極產(chǎn)生的氧氣也可以作為良好的資源應(yīng)用到醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，有巨大的能源效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此，電解水制氫法很可能成為未來制氫工業(yè)的核心方法。電解水包含兩個(gè)半電池反應(yīng)，分別為陰極析氫反應(yīng)(H_ydrogen Evolution Reaction，HER)和陽極析氧反應(yīng)(O_xygen Evolution Reaction，OER)。由于OER反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較為遲滯，為了加快反應(yīng)進(jìn)行，催化劑經(jīng)常被引入到這個(gè)半電池反應(yīng)中，在反應(yīng)過程中，能量消耗和產(chǎn)氫效率與催化劑材料密切相關(guān)，所以研究并開發(fā)出一種新型高效電解水催化劑對(duì)于電解水轉(zhuǎn)換新能源過程來說意義重大。

金屬有機(jī)骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)系由金屬離子和有機(jī)配體通過配位鍵作用形成的多孔網(wǎng)狀無機(jī)-有機(jī)雜化功能材料。相比于傳統(tǒng)材料，MOFs具有孔隙率高、比表面積大、孔結(jié)構(gòu)可控、易于合成等優(yōu)點(diǎn)。近年來，MOFs已在氣體吸附、分子識(shí)別、催化、分離等眾多領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。其中，多孔MOFs及其衍生物在電催化領(lǐng)域表現(xiàn)出較好的性能，特別是在電催化分解水反應(yīng)受到廣泛研究，具有潛在應(yīng)用價(jià)值。這主要是由于MOFs相比于傳統(tǒng)材料，在合成過程中結(jié)構(gòu)多樣，可調(diào)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)靶向合成，且合成過程更加簡(jiǎn)單。盡管如此，MOFs在合成方面仍存在一些問題，如粉末易團(tuán)聚，活性位點(diǎn)不能充分暴露等，這不利于傳質(zhì)和電子傳遞，抑制其發(fā)展與應(yīng)用。因此，研究并開發(fā)出一種新的方法，制備結(jié)構(gòu)組成多樣、疏松多孔、比表面積大、活性位點(diǎn)豐富、可調(diào)性高、具有優(yōu)秀性能官能團(tuán)的MOFs及其衍生物用于電化學(xué)分解水，可以有效提高電化學(xué)電流密度和電化學(xué)分解水效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種陣列結(jié)構(gòu)過渡金屬硒化物電極的制備方法。

一種陣列結(jié)構(gòu)過渡金屬硒化物電極材料，其特征在于，過渡金屬硒化物以陣列結(jié)構(gòu)的形式生長(zhǎng)在鎳片(NF)基底上，過渡金屬硒化物的過渡金屬優(yōu)選為：錳、鐵、鈷、鎳、銅等中的一種或幾種。過渡金屬硒化物為納米棒狀結(jié)構(gòu)；優(yōu)選垂直生長(zhǎng)，

本發(fā)明的一種陣列結(jié)構(gòu)過渡金屬硒化物電極材料的制備方法，主要分為三步：第一步對(duì)鎳片(NF)基底簡(jiǎn)單預(yù)處理；第二步在鎳片基底表面原位均勻生長(zhǎng)過渡金屬有機(jī)骨架材料陣列，獲得NF-MOFs材料；第三步在MOFs納米棒或/和片表面原位硒化，最終制得陣列結(jié)構(gòu)過渡金屬硒化物電極材料。

本發(fā)明上述多種過渡金屬硒化物陣列電極材料的合成方法，具體包括以下步驟：