[發明專利]產氫催化劑二硒化鎳納米顆粒@碳納米片復合材料及制備方法與應用

在審

• 申請號: 202010191675.4
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111359637A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 趙陳浩;陶明磊;胡志彪;沈圳
• 申請（專利權）人: 龍巖學院
• 主分類號: B01J27/057
• 分類號: B01J27/057;B01J21/18;B01J37/03;B01J37/08;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明公開了產氫催化劑二硒化鎳納米顆粒@碳納米片復合材料及制備方法與應用，屬于催化材料領域。所述方法為1）將二價鎳鹽、檸檬酸和尿素共同溶解于水中，所得溶液經過蒸發形成凝膠，凝膠在管式爐中高溫碳化/還原形成Ni/C復合材料；2）將Ni/C復合材料與硒粉在管式爐中通過氣相擴散化合反應，在特定的溫度下獲得NiSe₂納米顆粒@碳納米片復合材料。本發明首先以碳含量可控的單質鎳/碳材料作為原料，通過控制硒化法制備碳含量可控的NiSe₂納米顆粒@碳納米片復合材料，優化后的材料用于電解產氫催化劑，展現了良好的催化活性。該發明技術方法簡單、安全高效且實現相組成可控。

技術領域

本發明屬于催化材料領域，具體涉及一種產氫催化劑二硒化鎳納米顆粒@碳納米片復合材料及制備方法與應用。

背景技術

由于具有高的能量密度、無污染、可再生等特性，氫能是未來能源的重要組成部分。通過電催化分解水制備氫氣是一種便利和高效的方法。水分解主要包括兩個半反應：陽極上的析氧(Oxygen Evolution Reaction,OER)與陰極上的析氫(Hydrogen EvolutionReaction,HER)反應。但是，在分解過程中由于極化，特別是電化學極化會產生比較大的過電位，嚴重影響電解水的效率以及實際應用。

通過引入高效的電催化劑能夠有效降低電解過程中的過電位，提高水分解效率，經典的HER催化劑是稀貴金屬氧化物RuO₂，但RuO₂存在成本高、儲量低的問題，難以規模化應用。開發廉價、常見的HER催化劑成為電催化劑研究的熱點之一。例如，具有合理d電子結構的過渡金屬是Ru的主要替代元素，已報道的過渡金屬化合物包括氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物等；其中，硒化物以其最優的本征導電性，使該類材料的HER性能較好。硒化物種類繁多，常見的有NiSe_x、FeSe_x以及CoSe_x，NiSe₂是一類較為廣泛研究的硒化物，在構建NiSe₂電催化劑時，存在2個技術問題：(1)為了提高NiSe₂的比表面積，將NiSe₂設計制備成納米顆粒，但納米顆粒由于表面能較大，容易團聚，防止NiSe₂團聚是其中的技術關鍵。(2)為了抑制NiSe₂的團聚，同時提高穩定性，在制備NiSe₂時加入碳基底材料，但碳基底難以與NiSe₂有效結合且碳含量如何有效控制并優化。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種產氫催化劑NiSe₂納米顆粒@碳納米片復合材料及其制備方法，該方法可以有效并且可控的制備NiSe₂納米顆粒@碳納米片復合材料，NiSe₂呈現納米顆粒結構，并分散于合理量的碳中，提升它們作為電化學產氫催化劑的性能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種NiSe₂納米顆粒@碳納米片復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將二價鎳鹽、檸檬酸和尿素共同溶解于去離子水中，所得溶液經過蒸發形成凝膠，凝膠在管式爐中高溫碳化/還原形成Ni/C復合材料；

2)將Ni/C復合材料與硒粉在管式爐中通過氣相擴散化合反應，在特定的溫度下獲得NiSe₂納米顆粒@碳納米片復合材料。

步驟1)中，所述二價鎳鹽為硝酸鎳或氯化鐵。

步驟1)中，所述二價鎳鹽、檸檬酸與尿素的質量比為0.2:1:5至1:1:5。

步驟1)中，所述蒸發是在80-85℃保溫蒸發4-5小時。

步驟1)中，所述碳化的溫度為500-800℃。