一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种超薄多孔Ce‑Ni‑O‑S纳米片及其制备方法和应用，属于纳米领域。本发明专利技术的超薄多孔Ce‑Ni‑O‑S纳米片主要元素是Ce、Ni、O和S，为不规则的超薄片状结构，具有多孔结构，且具有较多位错，台阶缺陷位点，Ce、Ni、O和S均匀分布在六边形片上，具有优异的OER性能，优于目前市售的IrO2。本发明专利技术采用“一锅煮”方法，利用程序控温模式得到超薄多孔Ce‑Ni‑O‑S纳米片，工艺简单，反应温度低，时间短，适合于批量生产，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。

Ultra thin porous Ce-Ni-O-S nanosheet and its preparation and Application

The invention discloses a super thin porous Ce Ni O O S nanosheet and a preparation method and application thereof, belonging to the nanometer field. The ultra thin porous Ce Ni O S nanometers are the main elements of Ce, Ni, O and S. It is an irregular ultra thin sheet structure with a porous structure, and has more dislocation, step defect sites, Ce, Ni, O and S evenly distributed on hexagonal slices, with excellent performance, superior to the current marketable. The method of \one pot cooking\ is used to obtain ultra thin porous Ce Ni O S Nanoscale Film by using the program control temperature mode. It is simple in process, low in reaction temperature and short in time. It is suitable for mass production. It has important guiding significance for the development of renewable energy technology.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片及其制备方法和应用，属于纳米领域。
技术介绍
随着全球经济的发展，每个人都更加依赖能源。至今为止，我们需求的大部分能源还是来自传统的化石燃料（煤、石油和天热气等），而这些能源是不可持续的，只有有限的储备。严峻的能源危机和由化石能源消费产生的环境污染，日益危及人类社会可持续发展，研发高效低成本绿色储能技术和新能源迫在眉睫。燃料电池兼具高能效、无噪声、无污染、可连续稳定工作等特点，被认为是21世纪最有发展前景的新能源技术。将普通H2-O2燃料电池和水电解池按一定的方式组合得以循环进行，即构成可再生H2-O2燃料电池。在水电解池中，将H2O送入电解装置，输入电能，H2O分解生成H2和O2，涉及阳极析氧反应（OxygenEvolutionReaction,OER），将电能以化学能的方式储存起来。在阳极上发生OER时所需的理论电压为1.23V。然而在商业化水分解的体系中，水的全分解需要电压1.8-2.0V，才能驱动水分解产生清洁能源。因此采用高效催化水分解的催化剂能够大大降低水分解的过电势。尽管IrO2和RuO2也是目前催化OER性质最好的电催化剂，然而缺点在于IrO2和RuO2价格昂贵，进一步限制了催化剂的商业化应用。文献研究表明，OER因较强O=O键，需要多步电子传递及转移，导致动力学缓慢，催化剂的过电位过高。因此在设计燃料电池的过程中，降低OER的过电位成为商业化应用的关键。当今纳米技术的发展给新型可再生型H2-O2燃料电池电催化剂的设计带来新契机。在过去的几年里，科学家们也一直致力于开发具有高性能、高选择性、高稳定性及低成本的纳米催化剂。同时值得注意的是，引入一种或者多种金属在结构缺陷处的诱导选择性生长，进一步促进了多组分金属纳米晶表界面几何结构和电子结构的调控，为优化催化反应提供了较大空间。例如Strickler课题组可控合成的核壳Au@金属氧化物纳米晶（Au@MxOy，M=Ni，Co，Fe和CoFe），以OER为探针反应，电化学测试表明，Au@CoFeOx因Au和金属氧化物之间的耦合效应，提高了催化剂的催化活性和稳定性。因此，研发高效的多元纳米晶催化剂是目前的研究热点；在可再生能源技术的发展过程中，寻求高效廉价、特殊结构的合金纳米晶，特别是可用于OER的电催化剂具有重要意义和巨大挑战。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种应用于燃料电池析氧反应中的新型、高效、廉价的OER催化剂Ce-Ni-O-S纳米片。为了实现这一目的，本专利技术公开了一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片，所述Ce-Ni-O-S纳米片主要元素是Ce、Ni、O和S，为不规则的超薄片状结构，具有多孔结构，且具有较多位错，台阶缺陷位点，Ce、Ni、O和S均匀分布在六边形片上。进一步地，本专利技术还公开了这种Ce-Ni-O-S纳米片的制备方法。具体的技术方案如下：一种Ce-Ni-O-S纳米片的制备方法：将(NH4)2Ce(NO3)6，Ni(NO3)2.6H2O，CS(NH2)2加入到十二胺（DDA）、十八碳烯（ODE）及油酸（OA）溶液中，逐步升温至280℃，并保温反应得到含有Ce-Ni-O-S纳米片的产物，经分散沉降、离心分离得到Ce-Ni-O-S纳米片。优选地，每份Ce-Ni-O-S纳米片的各组分的添加比例为：(NH4)2Ce(NO3)60.1mmol，Ni(NO3)2.6H2O0.5mmol，CS(NH2)23mmol，DDA5mL，ODE5mL，OA3mL。优选地，升温过程直接升温至280℃或者按照3~10℃min-1的升温速率逐步升温。进一步地，升温过程按照4~8℃min-1的升温速率逐步升温。进一步地，直接升温至280℃，并维持此温度反应得到含有Ce-Ni-O-S纳米片的产物。优选地，反应后含有Ce-Ni-O-S纳米片的产物用体积比1:1的无水乙醇和正庚烷混合分散沉降。其中采用无水乙醇和正庚烷分散沉降、离心分离的操作可以重复3-4次。优选地，保温反应时间为30min。当温度达到我们所期待的温度后，保持温度恒定并反应30min。譬如，当温度达到280℃后，反应30min。同时本专利技术还公开了这一超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片作为燃料电池催化剂的应用。特别是这一Ce-Ni-O-S纳米片作为燃料电池的析氧反应催化剂的应用。本专利技术所制得的超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片采用X射线能谱仪（EDS）和mapping来表征其组份和结构；用透射电子显微镜（TEM）、高分辨透视电子显微镜（HRTEM）、扫描透视电子显微镜（STEM）分析其尺寸、形貌和微结构等。有益效果：（1）本专利技术所制得的Ce-Ni-O-S纳米片具有优异的OER性能，能够高效催化燃料电池中的OER。经检测其性能优于目前市售的IrO2，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。（2）本专利技术中所涉及的Ce-Ni-O-S纳米片通过固液相化学反应制备，在常压和较低的温度下可控地合成了Ce-Ni-O-S纳米片，同时由于采用“一锅煮”的方式，利用程序控温模式得到具有独特超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片，工艺简单，反应温度低，时间短，适合于批量生产。附图说明图1为本专利技术制备的超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片的EDS图。图2为本专利技术制备的超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片的TEM图。图3为本专利技术制备的超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片的HRTEM图。图4为本专利技术制备的超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片的STEM图。图5为本专利技术制备的超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片的mapping图。图6为本专利技术制备的超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片的OER性能测试图。具体实施方式下面通过附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例1室温下，称量55mg（0.1mmol）(NH4)2Ce(NO3)6，145mg（0.5mmol）Ni(NO3)2.6H2O，228mg（3mmol）CS(NH2)2粉末，并将全部原料一起加入到干燥的容量为250mL的三颈圆底烧瓶中，再用量筒分别量取5mLDDA，5mLODE，3mLOA，加入到三颈圆底烧瓶中，超声并搅拌至完全溶解，得到溶液。将三颈圆底烧瓶转移至沙浴中，程序控温下以8℃/min的速率升温至280℃下保温30min，至反应结束。待反应器自然冷却至室温，加入适量体积比1:1混合的正庚烷和乙醇分散，离心分离固体。将固体洗涤后得到黑色产物，在真空干燥箱里真空干燥过夜后，用于分析表征。采用EDS，mapping，TEM和STEM测试分别对产品进行分析，结果如图1至图5所示。图1显示主要元素是Ce、Ni、O和S，图面上还有少量C、Si和Cu的峰，来自测试的铜网。图2为样品的TEM图，从图中可以看出样品为不规则的超薄片状结构，且具有多孔结构。图3为单一颗粒的HRTEM图，从图中可以看出样品为多孔结构，且具有较多位错，台阶等缺陷位点，文献研究表明，缺陷位点对提高催化活性具有重要作用。图4为样品的STEM图，从图中可以看出样品为多孔片状结构。图5为样品的mapping图，从图中可以看出Ce、Ni、O和S均匀分布在六边形片上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄多孔Ce‑Ni‑O‑S纳米片，其特征在于，所述的Ce‑Ni‑O‑S纳米片主要元素是Ce、Ni、O和S，为不规则的超薄片状结构，具有多孔结构，且具有较多位错，台阶缺陷位点，Ce、Ni、O和S均匀分布在六边形片上。

【技术特征摘要】
1.一种超薄多孔Ce-Ni-O-S纳米片，其特征在于，所述的Ce-Ni-O-S纳米片主要元素是Ce、Ni、O和S，为不规则的超薄片状结构，具有多孔结构，且具有较多位错，台阶缺陷位点，Ce、Ni、O和S均匀分布在六边形片上。2.一种权利要求1所述的Ce-Ni-O-S纳米片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：将(NH4)2Ce(NO3)6，Ni(NO3)2.6H2O，CS(NH2)2加入到十二胺（DDA）、十八碳烯（ODE）及油酸（OA）溶液中，逐步升温至280℃，并保温反应得到含有Ce-Ni-O-S纳米片的产物，经分散沉降、离心分离得到Ce-Ni-O-S纳米片。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，每份Ce-Ni-O-S纳米片的各组分的添加比例为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘苏莉，周靓靓，刘钦普，陈昌云，张琦，张皖佳，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32