[發明專利]一種復合異質結構納米片、制備方法及應用

有效

• 申請號: 202210833561.4
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN114990580B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 戴正飛;劉耀達;劉倩旖
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/091
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 崔方方

本發明公開了一種復合異質結構納米片、制備方法及應用，涉及電催化分解水技術領域。本發明公開了一種金屬負載型NiPSsubgt;3/subgt;異質結構納米片的制備方法，采用一步的電化學剝離同步摻雜技術，能夠高效地將塊體NiPSsubgt;3/subgt;材料剝離成厚度薄，橫向尺寸大(μm級)的二維納米片，與此同時將金屬原子摻雜在納米片中，使得其在堿性條件下的析氫性能大幅度提高。本發明的將金屬原子摻雜在NiPSsubgt;3/subgt;中，金屬原子充當摻雜劑在NiPSsubgt;3/subgt;晶格中制造的諸多缺陷，一方面引起了電子結構的轉換、電荷重新分布，從而增強了體系的電導率，促進載流子傳輸，有利于催化性能的提升。

技術領域

本發明涉及電催化分解水技術領域，尤其涉及一種復合異質結構納米片、制備方法及應用。

背景技術

氫能是一種清潔無污染的二次能源，具有較高的質量能量密度。地球上豐富的水資源為可持續制備氫氣提供了先決條件。水分解所需的電能可由可再生能源轉化，分解產物無污染。然而，在水的電催化分解過程中，陰極析氫反應(HER)涉及多電子轉移過程，導致過電位和能量損失。因此，需要高性能的電催化劑來降低水分解的過電位。目前，制備HER的最佳催化劑是鉑基材料，但鉑的地球儲備量小，價格高，這極大地限制了其商業應用。因此，開發高效廉價的電催化劑或降低貴金屬負載量，使電解水制氫工藝更加經濟高效，是一個迫切的科學問題。

三元鎳磷硫化物(NiPS₃)是一種新型的HER電催化劑材料，具有優異的性能。例如，獨特的層狀結構使其能夠剝離成二維材料，為電催化反應提供更活躍的表面；具有中等的帶隙(～1.6eV)和合適的電子帶隙；在堿性介質中具有優異的活性和高穩定性；磷和硫的電負性差異使平面內電子結構豐富多樣，可以滿足各種電子需求。盡管有上述特點和優勢，NiPS₃用于催化研究仍面臨許多科學問題，具體表現為：傳統的液相剝離效率低，無法合成橫向尺寸較大的納米片；NiPS₃的固有導電性較差，不利于電荷傳輸；其催化性能的進一步提高受到惰性表面的限制，需要適當的基底表面活化方法。

當前，為了獲得具有最佳表面化學和電子狀態的二維材料，已經進行了許多努力來開發有效的合成策略，例如原子摻雜、控制元素組成，調整晶相、改變原子層數、減小橫向尺寸、暴露適當的原子以及產生潛在的缺陷。原子摻雜被認為是同時增強電荷載流子轉移和調節吸附能的有效策略。特別是，金屬摻雜劑的引入可以提供豐富的活性位點，引入新的能級，并調節氫吸附/解吸平衡，所有這些對于高效二維電催化劑的開發都是至關重要的。盡管諸如原子層沉積和磁控濺射之類的方法對于機械剝離的二維材料是成功的金屬摻雜技術，但是它們不適合于液體法剝離的二維材料。因此，為了滿足大規模生產所需的產量要求，非常需要一種將金屬摻雜和剝離同步進行的更有效的大規模生產技術。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種復合異質結構納米片、制備方法及應用。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種金屬負載型NiPS₃復合異質結構納米片的制備方法，包括以下步驟：

(1)、將四丁基四氟硼酸銨和金屬鹽溶于N，N-二甲基甲酰胺中，得到電解液；

(2)、將NiPS₃塊體置于Pt網之間，作為工作電極，將鉑絲電極作為對電極，將所述工作電極和對電極置于電解液中；

將所述工作電極、對電極分別與電源的負極、正極電連接，在所述工作電極和對電極之間施加電壓，對NiPS₃塊體進行剝離和摻雜，直至NiPS₃塊體出現疏松的海綿狀組織；

(3)、將NiPS₃塊體在電解液中進行超聲，疏松的海綿狀組織在超聲作用下進行剝離，形成懸浮液，之后進行離心收集，經清洗及干燥后，得到粉末狀的金屬負載型的NiPS₃納米片。