[發(fā)明專利]二硒化鎳分級納米針陣列自支撐催化劑的制備方法及應(yīng)用

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• 申請日: 2023-05-09
• 公開（公告）號: CN116426959A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱遠(yuǎn)蹠;李云霞;王國靜
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B11/065;C25B1/04
• 代理公司: 昆明同聚專利代理有限公司 53214
• 代理人: 蘇蕓蕓

本發(fā)明公開了一種二硒化鎳分級納米針陣列自支撐催化劑的制備方法，屬于化工新材料催化領(lǐng)域，該方法是將鎳鹽、鈰鹽、尿素、氟化銨溶解于去離子水中攪拌混勻后，將混合物與碳纖維紙置于反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出碳纖維紙，洗滌干燥，制得負(fù)載有鎳前驅(qū)體陣列的碳纖維紙，將負(fù)載有鎳前驅(qū)體陣列的碳纖維紙置于空氣中煅燒，煅燒產(chǎn)物洗滌干燥后，加入去離子水、NaHSe溶液，混勻后進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出碳纖維紙，洗滌干燥，即得富含鎳空位的二硒化鎳分級納米針陣列自支撐催化劑；將本發(fā)明制備的催化劑應(yīng)用在電催化析氫，實驗結(jié)果顯示其具有優(yōu)異的析氫性能，在電催化析氫等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種富含鎳空位的二硒化鎳分級納米針陣列自支撐電催化劑的制備方法，屬于化工新材料催化領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氫能具有較高的質(zhì)量能量密度和可再生性，是替代化石燃料的理想選擇。電催化析氫反應(yīng)（HER）是未來一種經(jīng)濟(jì)有效的制氫途徑。然而，在堿性溶液中，HER動力學(xué)比在酸性溶液中大約低2到3個數(shù)量級，因此，堿性電催化HER的性能提升更有挑戰(zhàn)。

近年來，過渡金屬硒化物由于其獨特的電子結(jié)構(gòu)、可調(diào)節(jié)的化學(xué)成分和可調(diào)節(jié)的形態(tài)，作為HER電催化劑被廣泛探索。其中，二硒化鎳因其高導(dǎo)電性和在大pH范圍內(nèi)優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性而成為最理想的候選者之一。然而，塊狀NiSe₂的水解離能力和氫吸附能力相對較弱，這抑制了其在堿性條件下的HER性能。因此，引入帶正電荷的Ni陽離子空位可能會觸發(fā)周圍Ni和Se原子的電荷重新分配并且制備獨特形貌可以增加活性位點數(shù)量，從而改善堿性條件下的HER性能。目前電化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻、酸/堿化學(xué)蝕刻、有機分子輔助制備和非化學(xué)計量合成等引入陽離子空位的方法具有能量消耗高、條件苛刻、程序繁瑣、不可控等問題，嚴(yán)重阻礙了陽離子空位型電催化劑的發(fā)展。因此，在常溫常壓下，簡單高效地制備具有豐富陽離子空位的硒化物是當(dāng)前的一個重要挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種富含鎳空位的二硒化鎳分級納米針陣列自支撐電催化劑的制備方法，本發(fā)明方法不僅能夠簡單高效地制備陽離子空位型電催化劑，還能通過陽離子空位的可控化表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化活性。

本發(fā)明富含鎳空位的二硒化鎳分級納米針陣列自支撐電催化劑的制備方法是通過反應(yīng)釜水熱法在碳纖維紙上原位生長鎳前驅(qū)體分級納米針陣列，然后通過在管式爐中空氣環(huán)境下煅燒獲得氧化鎳分級納米針陣列，最后通過反應(yīng)釜水熱硒化法得到富含Ni空位的NiSe₂分級納米針自支撐催化劑，該自支撐電催化劑具有優(yōu)異的電催化析氫性能。

本發(fā)明方法具體步驟如下：

（1）以碳纖維紙為基底的鎳前驅(qū)體分級納米針陣列的制備

將鎳鹽、鈰鹽、尿素和氟化銨溶解于去離子水中，攪拌混勻后，混合物與碳纖維紙放入反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出碳纖維紙，洗滌干燥后制得負(fù)載有含鎳前驅(qū)體陣列的碳纖維紙；

鎳鹽選自氯化鎳、硝酸鎳、乙酰丙酮鎳，鈰鹽選自硝酸鈰、氯化鈰、硫酸鈰；混合物中鎳鹽濃度為0.01-1mol/L，鈰鹽為0.01-0.8mol/L，尿素為0.05-0.5mol/L，氟化銨濃度為0.02-0.5mol/L；水熱反應(yīng)溫度為80-250℃，反應(yīng)時間為5-48h；

上述所使用的碳纖維紙的型號為N0S1005；

（2）以碳纖維紙為基底的氧化鎳分級納米針陣列的制備

將負(fù)載有含鎳前驅(qū)體陣列的碳纖維紙放入管式爐中在空氣中，以1-10℃/min升溫至400-900℃煅燒2-5h，反應(yīng)完成后，煅燒產(chǎn)物洗滌干燥，制得負(fù)載氧化鎳分級納米針陣列的碳纖維紙；

（3）以碳纖維紙為基底的富含鎳空位的二硒化鎳分級納米針陣列的制備

將負(fù)載有氧化鎳分級納米針陣列的碳纖維紙放入反應(yīng)釜中，隨后加入去離子水再加入NaHSe溶液，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫，取出自支撐電極進(jìn)行洗滌、干燥，即得富含鎳空位的二硒化鎳分級納米針自支撐電催化劑；