一种高效双金属镍钼硒化物电催化材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高效双金属镍钼硒化物电催化材料的制备方法，包括步骤：按照镍与钼的摩尔比为1～3：1～3的比例制备镍钼混合液；将所述镍钼混合液转入盛有泡沫镍的反应容器中进行溶剂热处理后，取出所述泡沫镍并真空干燥后得到原位生长的所述纳米线前驱体；将所述纳米线前驱体覆盖硒粉，在氩氢混合气氛中以300‑500℃条件下进行一次煅烧，冷却后，在惰性气氛中以300‑500℃经过第二次煅烧后得到相变后的镍钼双金属硒化物材料NiSe‑MoSe

【技术实现步骤摘要】
一种高效双金属镍钼硒化物电催化材料及其制备方法
本专利技术涉及电极催化材料
，具体涉及一种高效双金属镍钼硒化物全解水电催化材料及其制备方法。
技术介绍
氢气由于其重量最轻、导热性最好、理想发热值高、燃烧性能好、无毒、耗损少、利用率高和运输方便等特点，被认为是一类理想的未来清洁能源。目前工业产氢的主要方法包含：1)化石燃料制氢；2)工业副产品制氢；3)甲醇重整制氢；4)电解水制氢。其中，化石燃料制氢仍是最主要的途径，并且前三种方式均会产生不利于环境的副产品。电解水产氢源于具备其简便性，低成本，零温室气体排放和高能量转化效率等优点，是一种解决能源问题极具前景的手段。电解水由两个半反应过程组成：阴极产氢和阳极产氧，其本身存在高能垒和低反应速率问题。因此，为了降低水分解的反应能垒，加快反应的效率，亟需寻找一种性能良好的催化剂。它需要具备以下几个特点：1)优异的导电性；2)高活性的催化位点；3)大的电化学活性表面积；4)良好的稳定性。目前的商业催化剂：贵金属铂及其化合物是高效的产氢催化剂，贵金属氧化物二氧化铱、二氧化钌是常用的高效的产氧催化剂，但是其昂贵的价格和不稳定性致使它们不能用于大规模的工业生产。过渡金属硫化物—二硫化钼已被大量研究并应用于电解水产氢领域，而过渡金属硒化物—二硒化钼比二硫化钼具备更好的导电性，因此具有被用于制备高效电催化剂的潜力。目前被报道的二硒化钼催化剂大多都被应用于酸性电解液中，而在碱性溶液中相对较少。这源于二硒化钼在碱性溶液中对水的裂解能力不足。目前，工业中大量应用的电解液为碱性，因此探索制备一种碱性全解水催化剂具有更广泛的应用前景。另外，二硒化钼的活性位点只存在于基面边缘，而大量面内的位点处于惰性状态，未被利用，活性位点数目较少。有鉴于此，有必要研究一种新型的全解水电催化材料，以解决现有技术中贵金属催化剂在电解水产氢过程中稳定性差和过渡金属二硒化钼在碱性溶液中性能不足技术问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种催化性能高、且适用于碱性溶液中全解水制氢的电催化材料。为实现上述目的，本专利技术提出的一种高效双金属镍钼硒化物电催化材料的制备方法，包括步骤：S1，镍钼混合溶液的制备：按照镍与钼的摩尔比为1～3：1～3的比例，将镍源和钼源加入到含有表面活性剂的溶剂中，并搅拌混合后，得到所述镍钼混合液；S2，纳米线前驱体的制备：将所述镍钼混合液转入盛有泡沫镍(Nickelfoam,NF)的反应容器中进行溶剂热处理后，取出所述泡沫镍并真空干燥后得到原位生长的所述纳米线前驱体；S3，一次煅烧：将所述纳米线前驱体覆盖硒粉，在氩氢混合气氛中以300-500℃条件下进行第一次煅烧，得到镍钼双金属硒化物材料Ni0.85Se-MoSe2/NF。进一步地，还包括步骤S4，二次相变煅烧：在所述一次煅烧结束并冷却后，再将所述镍钼双金属硒化物材料Ni0.85Se-MoSe2/NF在惰性气氛中以300-500℃进行第二次煅烧，得到相变后的镍钼双金属硒化物材料NiSe-MoSe2/N。进一步地，其中，所述镍源为选自硝酸镍、水合硝酸镍中的一种或多种；所述钼源为选自钼酸钠、水合钼酸纳、钼酸铵、水合钼酸铵中的一种或多种；所述溶剂为选自水、乙二醇、乙醇、丙酮中的一种或多种；所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺或者溴化二甲基苄基十二烷基铵中的一种或多种。进一步地，所述溶剂热处理的步骤包括：将所述反应容器在干燥环境中以100-200℃条件下进行溶剂热处理4-16小时；所述取出所述泡沫镍并真空干燥后得到原位生长的所述纳米线前驱体的步骤，包括：在所述反应容器冷却后，将所述反应容器中的所述泡沫镍清洗并在40-70℃条件下保温2-6小时进行真空干燥，得到原位生长的所述纳米线前驱体。进一步地，所述真空干燥温度为55-65℃。进一步地，所述硒粉的粉末粒径为0.1～0.3mm；所述一次煅烧的温度为350-450℃，所述一次煅烧的时间为1-3小时。进一步地，所述二次相变煅烧的温度为350-450℃，所述二次相变煅烧的时间为1.5-2.5小时。进一步地，所述一次煅烧的升温速率为1-10℃/min。本专利技术还提供一种高效双金属镍钼硒化物电催化材料，采用如上任一项所述的高效双金属镍钼硒化物电催化材料的制备方法制备。本专利技术还提供一种全解水催化电极，所述电极采用上所述的高效双金属镍钼硒化物电催化材料制备。本专利技术技术方案中所制备的高效双金属镍钼硒化物电催化材料以及全解水催化电极，针对上述二硒化钼存在的导电性不足、惰性基面和水裂解能力差等缺陷，基于镍离子具备的良好水裂解能力，本专利技术将镍元素加入到二硒化钼中，形成双金属镍钼硒化物，利用镍和钼金属原子之间的协同作用，有效提升二硒化钼的催化性能。另外，利用导电三维材料泡沫镍作为基底，可提升催化剂的导电性；由于电催化材料为原位生长获得，可直接用作工作电极，无需涂覆在电极表面；电催化材料形貌为粗糙的纳米线结构，具有大的比表面积，暴露更多的活性位点；通过电化学测试仪器的表征，观察阴极和阳极有气泡产生，验证本纳米电催化材料对电解水具有高效的催化作用，具体的，在pH为14的氢氧化钾溶液中，对于催化水还原产氢及氧化产氧具有极低的过电位，并且具有良好的稳定性，在碱性条件下全解水时，电流密度100mAcm-2时电压为1.91Vvs.RHE，优于商业催化剂Pt/C和IrO2。另外，本专利技术首次利用Ni0.85Se-MoSe2/NF高温相变制备出NiSe-MoSe2/NF，相变后材料的催化性能与相变前相似，但稳定性得到了显著提升。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术制成的Ni0.85Se-MoSe2/NF及NiSe-MoSe2/NF纳米电催化材料在放大20000倍微观形貌图；图2为本专利技术制成的NiSe-MoSe2/NF纳米电催化材料的X射线衍射图谱；图3为本专利技术制成的NiSe-MoSe2/NF纳米电催化材料在放大15000倍和放大38000倍的透射电镜图谱；图4为本专利技术制成的NiSe-MoSe2/NF电极材料的X射线光电子能谱图。图5为本专利技术制成的实施例1、2、3、4及对比样品Pt/C的在碱性条件下的电化学性能及稳定性测试结果，(a)产氢极化曲线；(b)产氧极化曲线；(c)全解水极化曲线；(d)恒定电压法测试曲线。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效双金属镍钼硒化物电催化材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：/nS1，镍钼混合溶液的制备：按照镍与钼的摩尔比为1～3：1～3的比例，将镍源和钼源加入到含有表面活性剂的溶剂中，并搅拌混合后，得到所述镍钼混合液；/nS2，纳米线前驱体的制备：将所述镍钼混合液转入盛有泡沫镍的反应容器中进行溶剂热处理后，取出所述泡沫镍并真空干燥后得到原位生长的所述纳米线前驱体；/nS3，一次煅烧：将所述纳米线前驱体覆盖硒粉，在氩氢混合气氛中以300-500℃条件下进行第一次煅烧，得到泡沫镍基底的泡沫镍基底的镍钼双金属硒化物材料Ni

【技术特征摘要】
1.一种高效双金属镍钼硒化物电催化材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1，镍钼混合溶液的制备：按照镍与钼的摩尔比为1～3：1～3的比例，将镍源和钼源加入到含有表面活性剂的溶剂中，并搅拌混合后，得到所述镍钼混合液；
S2，纳米线前驱体的制备：将所述镍钼混合液转入盛有泡沫镍的反应容器中进行溶剂热处理后，取出所述泡沫镍并真空干燥后得到原位生长的所述纳米线前驱体；
S3，一次煅烧：将所述纳米线前驱体覆盖硒粉，在氩氢混合气氛中以300-500℃条件下进行第一次煅烧，得到泡沫镍基底的泡沫镍基底的镍钼双金属硒化物材料Ni0.85Se-MoSe2/NF。


2.如权利要求1所述的高效双金属镍钼硒化物电催化材料的制备方法，其特征在于，还包括步骤S4，二次相变煅烧：在所述一次煅烧结束并冷却后，再将所述镍钼双金属硒化物材料Ni0.85Se-MoSe2/NF在惰性气氛中以300-500℃进行第二次煅烧，得到相变后的镍钼双金属硒化物材料NiSe-MoSe2/NF。


3.如权利要求1所述的高效双金属镍钼硒化物电催化材料的制备方法，其特征在于，其中，
所述镍源为选自硝酸镍、水合硝酸镍中的一种或多种；
所述钼源为选自钼酸钠、水合钼酸纳、钼酸铵、水合钼酸铵中的一种或多种；
所述溶剂为选自水、乙二醇、乙醇、丙酮中的一种或多种；
所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、聚丙烯酰胺或者溴化二甲基苄基十二烷基铵中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：高小惠，奉文帅，郭爱敏，李实，阚姝婷，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43