[發明專利]一種用于全電解水的自支撐核殼納米電催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202011004122.X
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112169812B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 周秋生;姚紫潔;魏寧;張素風
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王丹

本發明公開了一種用于全電解水的自支撐核殼納米電催化劑的制備方法，具體包括如下步驟：步驟1，對泡沫鎳進行預處理；步驟2，對經步驟1處理后的泡沫鎳進行硒化處理；步驟3，采用步驟2所得產物進行自支撐核殼納米電催化劑的制備。本發明利用泡沫鎳為制備高效水裂解催化劑的載體，通過后期的硒化和硫化，制備用于全電解水的自支撐核殼納米電催化劑Nisubgt;x/subgt;Ssubgt;y/subgt;@MoSsubgt;2/subgt;/NiSesubgt;2/subgt;。不僅保證了用于制備催化劑的材料儲量豐富、成本低，而且自支撐催化劑的制備避免了對聚合物粘結劑的使用，進一步避免了其對電極的孔隙率和活性位點數量的影響，提高了催化活性，為后續開發用于全電解水的自支撐的非貴金屬基電催化劑的發展提供一種新方法。

技術領域

本發明屬于催化和儲能技術領域，涉及一種用于全電解水的自支撐核殼納米電催化劑的制備方法。

背景技術

煤、石油等傳統化石燃料的過渡消耗造成了能源短缺和環境污染等問題，使得人們對綠色、可持續和清潔能源的生產有著迫切的需求。氫能源具有高能量、零污染的特點，是一種被認為可以用來替代傳統能源優質能源。其中，水裂解制氫具有能量高、密度大、環境友好等特點，被認為是生產氫能源的有效方法。電解水反應主要包括兩個半反應：析氫反應(HER)和析氧反應(OER)，其在燃料電池、鋅空電池和防腐保護等領域起著關鍵作用。然而，由于在HER和OER中不可避免的動態過電位，電解效率受到嚴重限制，高效電催化劑的設計和開發對于降低過電位具有重要意義。因此，尋找高效的HER和OER雙功能電催化劑成為目前研究的一個重要方向。

目前，用于HER最有效的電催化劑材料主要是鉑(Pt)基材料，用于OER最有效的電催化劑材料主要是銥(Ir)和釕(Ru)氧化物。然而，這些材料均存在成本高、儲量低等缺點，阻礙了其廣泛應用。為了降低催化劑的成本，基于過渡金屬元素的電催化劑受到了人們的廣泛關注，并有望在實際應用中替代傳統的貴金屬催化材料。與貴金屬催化劑的催化機理有所不同，過渡金屬的金屬陽離子由于d層電子較難以得到或失去，表現出比貴金屬基材料較弱的催化活性。常規方法構建金屬氧化物電極，主要是將其負載碳材料并與聚合物粘結劑復合。高導電碳材料提供快速電子傳輸通道，而金屬位點催化活性高，二者的復合可以獲得高催化活性的電極。然而，由于聚合物粘結劑降低了電極的孔隙率和活性位點數量，且具有對氧氣和氫氣的高粘附性，其活性難以進一步提高。在自支撐陣列電極的研究中，相對于單一的金屬氧化物，核殼結構或者二者雜化的催化劑材料的電導率提高了1-2個數量級，顯著提高了材料的金屬活性位點數量，進而大幅提高水裂解催化劑的活性并降低催化成本。

泡沫鎳作一種新型的功能材料具有特殊結構和優異的性能，在燃料電池、電池電極材料、催化劑材料、過濾器、吸聲材料等領域中都有廣泛應用。在諸多過渡金屬硫族化合物材料中，鎳基化合物具有優異的電化學性能，而硒化鎳與氧化鎳、硫化鎳相比，具有更強的金屬性和更高的電導率。研究證明，NF的3D結構具有更大的表面積，已被證明可為水裂解反應提供了更多的活性位點。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于全電解水的自支撐核殼納米電催化劑的制備方法，該方法利用泡沫鎳為制備高效水裂解催化劑的載體，通過后期的硒化和硫化，制備用于全電解水的自支撐核殼納米電催化劑Ni_xS_y@MoS₂/NiSe₂。

本發明所采用的技術方案是，一種用于全電解水的自支撐核殼納米電催化劑的制備方法，具體包括如下步驟：

步驟1，對泡沫鎳進行預處理；

步驟2，對經步驟1處理后的泡沫鎳進行硒化處理；

步驟3，采用步驟2所得產物進行自支撐核殼納米電催化劑Ni_xS_y@MoS₂/NiSe₂的制備。

本發明的特點還在于，