一种Ni-W-O纳米片包裹钼酸镍棒状异质结以及制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种Ni‑W‑O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结及其制备方法和用途，本发明专利技术所述方法合成步骤简单、操作方便、成本低，得到的异质结结晶性好，化学性质稳定，应用于电化学全解水有非常好的性能。在阴极的半反应中，达到10mA/cm

【技术实现步骤摘要】
一种Ni-W-O纳米片包裹钼酸镍棒状异质结以及制备方法和用途
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种异质结及其制备方法和用途，尤其涉及一种Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结及其制备方法和用途。
技术介绍
面对全球的能源危机和环境污染，氢能被认为是最优质的清洁能源之一，很多国家也在大量发展氢能，来代替传统的化石能源，以达到绿色生活、绿色生产的目的。而大量的获取氢气的有效途径之一就是电解水，为了有效的电解水，寻找更高效的催化剂迫不及待。大量的研究表明，在酸性溶液中，最好的催化剂是铂(Pt)；在碱性溶液中，最好的催化剂是氧化铱(IrO2)和氧化铷(Ru2O)。但是，其金属价格的昂贵和本身地壳中含量的稀少，让它们的使用范围受到了限制。于是，探索地壳丰富、价格低廉且性能优良的催化剂取代贵金属材料，是一项重要的课题。整个的电解水过程可分为两个半反应，在阴极发生析氢反应(HER)，在阳极发生析氧反应(OER)。目前，现已报道的大量的催化剂，尤其是用于析氢反应的催化剂，大多是在酸性条件下完成的。而在整个电解水过程中，析氧反应才是动力学和热力学上更大的阻碍，其在碱性条件下普遍有更好的性能。同时，在工业上常用的电解质主要为碱性电解质，为了满足现实生产生活的需要，我们希望研究一种在碱性条件下起作用的的双功能催化剂可以同时实现析氢反应与析氧反应。过渡金属氧化物，近年来，由于其在析氧反应中优越的性能而被大量研究。其中，镍的(氢)氧化物对于水的吸附能有很好的调控作用，尤其是掺入钼原子之后，这种吸附能的调控作用也就更加明显。加之，通过构筑异质结构，利用两种材料的协同效应以达到更优的效果，同时，在构筑异质结之后，电荷在界面上将重新分布，使得吸附质在表面吸附能的大小得以改善。因而，利用镍、钼等元素，设计一种在碱性条件下起作用的双功能异质结构作为全解水的电催化剂具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结及其制备方法和用途，本专利技术所述方法合成步骤简单、操作方便、成本低，得到的异质结结晶性好，化学性质稳定，应用于电化学全解水有非常好的性能。在阴极的半反应中，达到10mA/cm2的电流密度时，超电势低至52mV；在阳极的半反应中，达到30mA/cm2的电流密度时，超电势低至253mV。将此异质材料同时作为阴极和阳极完成全解水反应，其在10mA/cm2的电流密度时，电池电压可达1.42V，在30mA/cm2的电流密度时，电池电压可达1.60V，稳定性良好。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结，所述棒状异质结由Ni-W-O纳米片包裹在NiMoO4微米棒上形成。本专利技术提供的Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结结晶性好，化学性质稳定，纳米片及微米棒的界面处的结合能变强，电子在纳米片及微米棒的界面进行转移，应用于全解水时具有非常好的性能，且稳定性良好。本专利技术所述包裹为在NiMoO4微米棒的表面生长的Ni-W-O纳米片包覆NiMoO4微米棒。优选地，所述棒状异质结的直径为1～2μm，例如可以是1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm或2μm，优选为1.2～1.8μm。优选地，所述棒状异质结生长于泡沫镍基底上。优选地，所述棒状异质结存在纳米花状形貌。本专利技术中棒状异质结上的纳米花状形貌由生长在NiMoO4微米棒上的Ni-W-O纳米片团聚而成，Ni-W-O纳米片在NiMoO4微米棒表面进行生长，由于纳米片易团聚，团聚后的纳米片以微米棒为中心，形成类似于菊科植物的花状形貌，例如球菊状或金槌花状等。第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述的棒状异质结的制备方法，所述方法包括如下步骤：在NiMoO4微米棒的表面生长Ni-W-O纳米片。优选地，所述在NiMoO4微米棒的表面生长Ni-W-O纳米片的方法为水热法。优选地，所述水热反应的时间为6～9h，例如可以是6h、7h、8h或9h，优选为8h。优选地，所述水热反应的温度为120～150℃，例如可以是120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃或150℃，优选为130℃。优选地，所述Ni-W-O纳米片的镍源为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或醋酸镍中的任意一种或两种以上的组合，例如可以是硝酸镍与氯化镍的组合，氯化镍与硫酸镍的组合，硝酸镍、硫酸镍与醋酸镍的组合或硝酸镍、氯化镍、硫酸镍与醋酸镍的组合，优选为氯化镍。优选地，所述Ni-W-O纳米片的镍源中镍的摩尔浓度为0.016～0.06mol/L，例如可以是0.016mol/L、0.02mol/L、0.025mol/L、0.03mol/L、0.035mol/L、0.04mol/L、0.045mol/L、0.05mol/L、0.055mol/L或0.06mol/L，优选为0.025～0.04mol/L。优选地，所述Ni-W-O纳米片的钨源为钨酸铵和/或钨酸钠，优选为钨酸铵。优选地，所选Ni-W-O纳米片的钨源中钨的摩尔浓度为0.016～0.06mol/L，例如可以是0.016mol/L、0.02mol/L、0.025mol/L、0.03mol/L、0.035mol/L、0.04mol/L、0.045mol/L、0.05mol/L、0.055mol/L或0.06mol/L，优选为0.025～0.04mol/L。本专利技术中Ni-W-O纳米片的镍源中镍的摩尔浓度以及Ni-W-O纳米片的钨源中钨的摩尔浓度影响着所述纳米花状形貌的生成。当镍与钨的摩尔浓度均在优选的数值范围内时，制备得到的Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结具有均匀的花状形貌；当镍与钨的摩尔浓度均在优选的数值范围外，但仍在0.016～0.06mol/L的数值范围内时，制备得到的Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结的花状形貌数量减少。优选地，所述水热反应后，还包括洗涤并干燥、得到Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结的步骤。优选地，所述洗涤为分别使用蒸馏水与乙醇进行至少两次淋洗。优选地，所述干燥的温度为60～80℃，例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃或80℃，优选为65～75℃。优选地，所述干燥的时间为1～5h，例如可以是1h，2h，3h，4h或5h，优选为2～3h。优选地，所述方法还包括制备NiMoO4微米棒的步骤：将泡沫镍浸入镍源和钼源的水溶液中，水热法反应后，洗涤并干燥固体沉淀，得到生长在泡沫镍上的NiMoO4微米棒。优选地，所述水热反应的时间为4～10h，例如可以是4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h，优选为5～7h。优选地，所述水热反应的温度为130～160℃，例如可以是130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃或160℃，优选为145～155℃。优选地，所述镍源为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或醋酸镍中的任意一种或两种以上的组合，例如可以是硝酸镍与氯化镍的组合，硝酸镍与硫酸镍的组合，硝酸镍、硫酸镍与醋酸镍的组合或硝酸镍、氯化镍、硝酸镍与醋酸镍的组合，优选为硝酸镍。优选地，所述水溶液中镍的摩尔浓度为0.07～0.17mol/L，例如可以是0.07mol/L、0.08mol/L、0.09mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ni‑W‑O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结，其特征在于，所述棒状异质结由Ni‑W‑O纳米片包裹在NiMoO4微米棒上形成。

【技术特征摘要】
1.一种Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结，其特征在于，所述棒状异质结由Ni-W-O纳米片包裹在NiMoO4微米棒上形成。2.根据权利要求1所述的棒状异质结，其特征在于，所述棒状异质结的直径为1～2μm，优选为1.2～1.8μm；优选地，所述棒状异质结生长于泡沫镍基底上；优选地，所述棒状异质结存在以NiMoO4微米棒为中心，Ni-W-O纳米片团聚形成的纳米花状形貌。3.一种如权利要求1或2所述的棒状异质结的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在NiMoO4微米棒的表面生长Ni-W-O纳米片。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在NiMoO4微米棒的表面生长Ni-W-O纳米片的方法为水热法；优选地，所述水热反应的时间为6～9h，优选为8h；优选地，所述水热反应的温度为120～150℃，优选为130℃；优选地，所述Ni-W-O纳米片的镍源为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或醋酸镍中的任意一种或两种以上的组合，优选为氯化镍；优选地，所述Ni-W-O纳米片的镍源中镍的摩尔浓度为0.016～0.06mol/L，优选为0.025～0.04mol/L；优选地，所述Ni-W-O纳米片的钨源为钨酸铵和/或钨酸钠，优选为钨酸铵；优选地，所选Ni-W-O纳米片的钨源中钨的摩尔浓度为0.016～0.06mol/L，优选为0.025～0.04mol/L；优选地，所述水热反应后，还包括洗涤并干燥，从而得到Ni-W-O纳米片包裹NiMoO4棒状异质结的步骤；优选地，所述洗涤为分别使用蒸馏水与乙醇进行至少两次淋洗；优选地，所述干燥的温度为60～80℃，优选为65～75℃；优选地，所述干燥的时间为1～5h，优选为2～3h。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括制备NiMoO4微米棒的步骤：将泡沫镍浸入镍源和钼源的水溶液中，水热法反应后，洗涤并干燥固体沉淀，得到生长在泡沫镍上的NiMoO4微米棒；优选地，所述水热反应的时间为4～10h，优选为5～7h；优选地，所述水热反应的温度为130～160℃，优选为145～155℃；优选地，所述镍源为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：何军，刘洋，王枫梅，何丰羽，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11