一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料及其制备方法和应用，首先将钴盐和尿素溶解于去离子水中，加入泡沫镍，经水热反应形成Co前驱体@泡沫镍复合材料；再将硒源溶解到水合肼中，再与去离子水混合，然后将Co前驱体@泡沫镍复合材料加入其中，经水热反应得到Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料。本发明专利技术采用的原材料及工艺设备简单、制备成本低，产品收率高，所制备的复合材料是直接在导电性能良好的泡沫镍基底上直接生长一维空心结构的Co9Se8纳米管阵列，可直接作为电极材料应用于催化电解水析氢反应，表现出优异的催化性能，在电分解水制氢领域具有巨大潜在的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及微纳米材料制备
，具体涉及一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着全球化石燃料消费量的不断增加给人们带来了非常严重的环境问题。例如雾霾，不断变暖的全球气候等都是化石燃料的长期和大量使用带的影响。除此之外煤炭、天然气和石油等化石燃料由于短时间内难以再生，也面临着枯竭的问题。因此发展高效，清洁，可再生的能源成了二十一世纪科学界的当务之急。在各种可持续能源中，氢气被认为是未来取代传统化石燃料的最有希望的候选者之一。因为其具有很高的燃烧热值，能源密度大而且燃烧后只生成水，所以是一种非常优秀的清洁能源。但是将氢气作为能源应用到实际中时，还需要解决很多问题，其中如何能够高效地制取氢气就是一个瓶颈问题。通过电解水制备氢气可以在阴极产生纯净的氢气，由于其制备条件简单，温和，原料易得等诸多优势引起了人们极大的关注。然而，为了降低电解水过程阴极氢气析出反应(HER)的过电势，这需要高效的电催化剂来进行析氢反应，以降低过电势，减少能耗，提高能源利用效率。电解水通常需要昂贵且地球储量稀少的贵金属(如Pt、Pd等)作为的催化剂，这制约了其大规模应用到工业化生产中去。因此制备催化能力较高的非贵金属材料来催化加快析氢反应(HER)效率被广泛研究。近年来的研究表明，过渡金属硫化物、硒化物和磷化物和氢的结合能与贵金属相近，而且价格低廉、储量丰富，是催化电解水析氢的理想材料。但是，块体的过渡金属硒化物的催化活性较低，而纳米结构的过渡金属硒化物则能表现出明显的催化电解水析氢性能。将过渡金属硒化物纳米材料制备呈空心结构，可使材料具有更大的比表面积，增加催化活性位点，从而进一步提升材料的电化学性能。此外将具有催化电解水析氢性能的纳米材料与导电基底直接结合在一起，制备出具有规整的阵列结构特点的复合材料，直接作为催化电解水析氢反应阴极电极，可以有效地优化催化剂的分散性，提高电子传输性能，从而提高材料的催化析氢反应的性能。所以，寻找工艺简单、成本低廉的方法，在导电基底上制备出空心结构过渡金属硒化物纳米材料，并直接作为电极应用于催化电解水析氢反应，是十分必要的，这将为电分解水制氢工艺的发展与应用提供更多的科学依据和技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料及其制备方法和应用，合成过程采用的原材料、设备及工艺简单高效、成本低、且所合成得到的材料具有良好的电催化性能。本专利技术提供的一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料的制备方法，包括以下步骤：一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：A、将钴盐和尿素溶解于去离子水中，将溶液移入反应釜中，放入泡沫镍，将反应釜密闭，加热反应；B、反应结束，自然冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤、干燥，得到泡沫镍负载钴前驱体的产物：Co前驱体@泡沫镍复合材料；C、将硒源溶解到水合肼中得到混合液a，将混合液a与去离子水混合得到混合液b，将混合液b移入反应釜中，再放入步骤B中所得Co前驱体@泡沫镍复合材料，将反应釜密闭，加热反应；D、反应结束，自然冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤、干燥，得到钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料：Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料。步骤A中，所述钴盐选自含结晶水或不含结晶水的硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴中的一种或多种。步骤A中，钴盐中的Co2+、尿素、去离子水的比值为2～3mol：12～18mol：30～40L。步骤A中，所述加热反应是指：90～140℃下恒温加热6～10h。步骤B中得到的Co前驱体@泡沫镍复合材料，Co前驱体为直径100～150nm的实心的一维结构纳米材料。步骤C中，所述硒源为硒粉(Se)、二氧化硒(SeO2)、亚硒酸钠(Na2SeO3)中的任意一种。步骤C中，硒源、水合肼、去离子水的比值为0.5～1mol：1～1.5L：30～40L。步骤C中，所述加热反应是指：200～220℃下恒温加热反应10～12h。本专利技术还提供了根据所述的制备方法制备得到的钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料，其是在泡沫镍的表面形成了一维Co9Se8空心纳米管阵列，Co9Se8空心纳米管的直径为100～150nm。本专利技术还提供了所述的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料作为电催化剂在催化电分解水析氢反应方面的应用。本专利技术首先在在泡沫镍基底上生长出一维阵列结构的Co前驱体，得到钴前驱体@泡沫镍复合阵列材料。再通过将硒源溶解在水合肼中反应生成硒化氢，释放出硒离子，进而硒化Co前驱体生成Co9Se8。本专利技术中，反应体系为液相体系，反应过程温和，这使得硒化钴前躯体生成的产物可以保留前驱体的一维阵列结构。同时温和的反应过程，使得硒离子硒化Co前驱体时首先在Co前驱体表面生成Co9Se8晶粒，从而加速了Co2+离子的扩散。根据柯肯达尔效应，Co2+向外扩散是通过向内移动的空位来达到平衡的，这种移动导致了中空结构的Co9Se8纳米管的形成，从而最终获得了Co9Se8纳米空心管@泡沫镍复合阵列材料。本专利技术制备的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料，Co9Se8纳米管的中空结构能有效增大材料的比表面积，提供更多的活性位点，同时增大电催化阴极材料与电解液的接触面积；另外本专利技术中Co9Se8纳米管是直接生长在导电性很好的泡沫镍基底上，且Co9Se8也是一种导电性良好的材料，这样能显著提高电极材料的电子传输速率，有利于电子更快地从泡沫镍基底上传输到Co9Se8材料表面参与电解水析氢反应。这些优点都可以降低析氢反应的过电位，极大地提高了Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料在催化析氢过程中的催化性能。与现有技术相比，本专利技术在温和的液相体系下制备出Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料，制备过程所需材料易得、成本低，设备和工艺简单，反应可控，产率高，易于实现规模化生产制备；所得的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料是直接在导电性能良好的泡沫镍基底上直接生长一维空心结构的Co9Se8纳米管阵列。因此所制备产品具有良好的电化学性能，可直接作为电极材料广泛应用于催化电解水析氢、超级电容器、锂离子电池等领域。附图说明图1为实施例1制备得到的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料的X射线衍射花样图；图2为实施例1制备得到的Co前驱体@泡沫镍复合材料的扫描电镜图；图3为实施例1制备得到的Co前驱体@泡沫镍复合材料通过超声从泡沫镍表面剥离下的样品的透射电镜图；图4为实施例1制备得到的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料的扫描电镜图；图5为实施例1制备得到的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料通过超声从泡沫镍表面剥离下的样品的透射电镜图；图6为实施例2制备得到的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料通过超声从泡沫镍表面剥离下的样品的X射线衍射花样图；图7为实施例2制备得到的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料的扫描电镜图；图8为实施例3制备得到的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料通过超声从泡沫镍表面剥离下的样品的透射电镜图；图9为实施例4制备得到的Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料的扫描电镜图；图10为实施例5制备得到的Co9Se8纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、将钴盐和尿素溶解于去离子水中，将溶液移入反应釜中，放入泡沫镍，将反应釜密闭，加热反应；B、反应结束，自然冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤、干燥，得到泡沫镍负载钴前驱体的产物：Co前驱体@泡沫镍复合材料；C、将硒源溶解到水合肼中得到混合液a，将混合液a与去离子水混合得到混合液b，将混合液b移入反应釜中，再放入步骤B中所得Co前驱体@泡沫镍复合材料，将反应釜密闭，加热反应；D、反应结束，自然冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤、干燥，得到钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料：Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料。

【技术特征摘要】
1.一种钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、将钴盐和尿素溶解于去离子水中，将溶液移入反应釜中，放入泡沫镍，将反应釜密闭，加热反应；B、反应结束，自然冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤、干燥，得到泡沫镍负载钴前驱体的产物：Co前驱体@泡沫镍复合材料；C、将硒源溶解到水合肼中得到混合液a，将混合液a与去离子水混合得到混合液b，将混合液b移入反应釜中，再放入步骤B中所得Co前驱体@泡沫镍复合材料，将反应釜密闭，加热反应；D、反应结束，自然冷却至室温，取出泡沫镍，洗涤、干燥，得到钴硒化合物纳米管@泡沫镍复合阵列材料：Co9Se8纳米管@泡沫镍复合阵列材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述钴盐选自含结晶水或不含结晶水的硝酸钴、硫酸钴、氯化钴、醋酸钴中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，钴盐中的Co2+、尿素、去离子水的比值为2～3mol：12～18mol：30～40L。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述加热反应是指：90～140...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟智，但德鑫，汪欣欣，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34