[發明專利]一種用于海水光電催化高效析氫的Ni3S2/SiNWs陰極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210854934.6
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115961303A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 呂珺;何鑫夢;徐光青;沈王強;鮑智勇;崔接武;余東波;余翠平;吳玉程
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;C25B11/091;C25B1/55;C25B1/04
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 陳蘭

本發明公開了一種用于海水光電催化高效析氫的Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;/SiNWs陰極材料及其制備方法，采用金屬輔助化學刻蝕的方法制備硅納米線基底，然后依次通過光電沉積和化學氣相沉積工藝在硅納米陣列上生長Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;納米催化劑。本發明的制備方法與傳統的二元催化劑復合工藝方法相比，在SiNWs基底表面直接沉積生長助催化劑具有更強的附著力；并且Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;具有較高的導電性，可以有效改善硅基材料的電荷傳輸速率；Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;與p?Si的納米結構具有較大的比表面積，在陰極表面構筑了大量Hsupgt;+/supgt;吸附和水分解活性位點，因此Nisubgt;3/subgt;Ssubgt;2/subgt;/SiNWs陰極材料在光電催化海水析氫體系中具有電荷轉移電阻小、表面活性位點多、高效析氫的優勢。

技術領域

本發明涉及納米材料的制備和光電催化海水析氫技術領域，具體涉及一種用于海水光電催化高效析氫的Ni₃S₂/SiNWs陰極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，社會的高速發展使傳統化石燃料加速耗竭，隨之帶來的氣候和環境危害也在日益加劇，激發了人們對來源豐富、環保安全的替代燃料的研究。氫能(H₂)被公認為是一種清潔、可持續的能量載體，它的單位質量能量密度高達120-142MJ/kg，并且燃燒副產品只有水。目前，大規模的H₂生產仍然依靠純水進行，在淡水資源匱乏的形勢下，越來越多的研究者將目光投向海水。

與利用純水析氫相較而言，海水作為地球上最豐富的資源之一，其含有較多無機鹽成分，在光電催化海水析氫體系中能夠提高電解液的電導率，加快電荷轉移，提高陰極催化劑界面光生載流子的傳輸速率，有效促進催化劑的析氫性能。然而，在光電催化海水析氫過程中，光陰極表面發生H⁺還原反應形成局部堿性區域，海水中Mg²⁺、Ca²⁺等在光陰極表面生成不溶性沉淀Mg(OH)₂、Ca(OH)₂等，不僅會使陰極材料受到腐蝕，而且副反應的發生會覆蓋陰極表面的析氫活性位點，從而干擾陰極表面H⁺還原反應的進行，大幅度降低陰極催化劑的析氫效率。因此，目前由于多數半導體材料的導電性較差，較高外加電位才能使催化劑產生較大的電流密度，催化海水析氫效率較差，光電催化劑在海水析氫中的發展較為緩慢。

作為地球上原料豐富和普遍的光伏應用材料，Si具有巨大的PEC分解水前景而引起廣泛的關注，特別是p型硅(p-Si)具有較窄的帶隙(～1.12eV)，光響應范圍廣，光生載流子遷移率高，被廣泛應用于光電催化領域當中。然而由于p-Si的析氫過電位較高、導電性較差、光生載流子與空穴易復合、易受到表面腐蝕等問題，其作為析氫光陰極存在一定的局限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于海水光電催化高效析氫的Ni₃S₂/SiNWs陰極材料及其制備方法，其制備得到的陰極材料具有結合力強、電荷轉移電阻小、表面活性位點多、高效析氫的優點。

在本發明的一個方面，本發明提出了一種用于海水光電催化高效析氫的Ni₃S₂/SiNWs陰極材料的制備方法。根據本發明的實施例，包括以下步驟：

(1)配置NiCl₂水溶液，并對其通半小時N₂除氧，采用三電極體系將硅納米線基底作為工作電極，對溶液持續通入N₂，通過光電沉積的方法制得Ni/SiNWs光電催化劑；