一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用，属于新能源材料与电化学储能技术领域。本发明专利技术通过将乙酰丙酮镍(II)、乙二醇、水合肼混合，水热反应制得镍纳米链材料；随后加入硒粉、氢氧化钠、N,N

【技术实现步骤摘要】
一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于新能源材料与电化学储能
，涉及一种无机纳米催化材料的制备方法，具体公开了一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源和环境问题的全球危机，人们迫切需要探索清洁能源，电池和超级电容器等移动储能设备已得到广泛研究和高度发展。氢作为燃料电池的一种绿色可持续能源载体，由于其燃烧产物仅为水且能量密度高，被认为是传统天然化石燃料(即煤、石油等)的有前途的替代品。在迄今为止开发的各种制氢方法中，水分解被认为是最可能的一种，因为其产量高(>99.6％)。通常，水分解涉及阴极部分发生的析氢反应(HER)和阳极部分发生的析氧反应(OER)。然而，由于阳极部分的四电子(4e
‑
)转移过程以及难以形成的氧
‑
氧键，OER过程通常受到动力学缓慢的影响，需要高过电位。因此，探索具有先进OER性能的电催化剂具有重要意义，随着催化剂的设计和合成进行了大量研究，旨在实现高电极动力学和长期催化稳定性满足不同电解质环境下的需求。
[0003]迄今为止，最先进的OER电催化剂如IrO2和RuO2主要用于商业应用。尽管如此，它们的稀缺性和高成本使其不适合大规模工业生产。因此，人们一直致力于寻找地球上储量丰富且成本低廉的电催化剂，例如金属氧化物、(羟基)氢氧化物、硫化物、硒化物、磷化物、碳化物和碳质材料。在各种非贵金属电催化剂中，VIII族3d金属基硒化物由于其金属性质和高导电性而特别有前途，尽管镍基硒化物和钴基硒化物具有非常接近的物理化学性质，但由于镍的价格低于钴，因此预计镍基硒化物可能更适合OER。考虑到这一点，镍基硒化物可能是一组潜在的候选者，作为OER的电催化剂。遗憾的是，对于大多数镍基硒化物而言，产生的过电位仍然大于预期，无法满足工业应用的需求。
[0004]根据先前报道的与中间体在反应位点上吸附的反应机制密切相关的文献，可以发现镍基硒化物的大过电位的来源。在OER过程中产生的表面NiOOH类型在O*和OH*的吸附之间具有太大的差异。因此，我们打算解决这个问题，以开发面向OER的Ni基硒化物的催化剂。铁基材料由于其天然的丰富性、低成本、开放的结构和环境友好性，是一种很有吸引力的电化学水氧化催化剂。然而，羟基氧化铁作为催化剂的利用往往受到其较差的OER动力学和传质能力的阻碍。在大多数情况下，镍基催化剂的高过电位主要是由于对含氧中间体(*O，*OH，*OOH)的吸附能力较弱。单独羟基氧化铁导电性较差，但对含氧中间体的强吸附特性使其成为镍/钴基复合材料的理想代偿物。
[0005]因此，提供一种合成路线合理且具有优异性能的镍基催化剂及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种核壳链状镍基
硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0009](1)制备镍基金属核壳链状纳米材料：将乙酰丙酮镍(II)溶于乙二醇中，然后缓慢加入水合肼；将溶液搅拌混合均匀后，转移到高压釜中，升温加热；冷却后收集产物并洗涤，随后进行真空干燥，得到镍基金属核壳链状纳米材料；
[0010](2)镍基金属核壳链状纳米材料硒化处理：将硒粉、氢氧化钠、N,N
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二甲基甲酰胺加入高压釜中，剧烈搅拌15
‑
20min后，加入水合肼；然后加入镍基金属核壳链状纳米材料并混合均匀，在高压釜中170
‑
190℃加热1
‑
2h；收集黑色沉淀物并洗涤后，真空干燥，得到镍基硒化物多孔核壳链状纳米材料；
[0011](3)制备核壳链状纳米结构镍基硒化物/羟基氧化铁复合材料：将镍基硒化物多孔核壳链状纳米材料均匀分散在去离子水中，然后在所得悬浊液中加入硫酸亚铁，加热搅拌均匀，得到在羟基氧化铁表面均匀生长的核壳链状纳米结构镍基硒化物/羟基氧化铁复合材料。
[0012]需要说明的是，本专利技术公开了一种简便化学合成法，将Ni3Se4核壳链状纳米结构和非晶态FeOOH超细纳米颗粒复合在一起。其中Ni3Se4核壳链状纳米结构由水热法制备而成，然后通过水浴法，结果显示获得的复合结构Ni3Se4@FeOOH催化剂的催化性能得到显著增强。
[0013]优选的，步骤(1)中所述乙酰丙酮镍(II)量为0.4
‑
0.6mmol，乙二醇量为40
‑
50ml，85％水合肼量为0.5
‑
2ml。
[0014]优选的，步骤(1)中所述加热温度为170
‑
190℃，加热时间为6
‑
9h，干燥温度为50
‑
70℃。
[0015]优选的，步骤(2)中所述硒粉与氢氧化钠的物质的量比为(6
‑
9)：(14
‑
16)。
[0016]此外，上述步骤(2)中所述N,N
‑
二甲基甲酰胺量为40
‑
60ml，水合肼量为0.2
‑
0.4ml，镍基金属核壳链状纳米材料量为10
‑
30mg。
[0017]优选的，所述步骤(3)中所述镍基硒化物多孔核壳链状纳米材料量为30
‑
50mg，去离子水量为40
‑
60ml。
[0018]优选的，步骤(3)中所述加热温度为40
‑
60℃，搅拌时间为1
‑
3h。
[0019]以及，步骤(1)或步骤(2)中所述洗涤方法为：采用去离子水和无水乙醇分别洗涤2～5次。
[0020]此外，本专利技术还请求保护利用上述方法制备的核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂，所述催化剂具有多孔纳米链的结构特征，其中FeOOH超薄纳米针在Ni3Se4纳米链表面均匀垂直生长，且暴露了更多的活性面积，提升相应的催化性能。
[0021]以及，本专利技术还有一个目的，就是提供核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂在电催化领域中的应用。
[0022]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用，具有如下优异效果：
[0023](1)本专利技术采用化学水浴沉积技术实现羟基氧化铁对镍基硒化物材料的修饰来进一步提高其OER性能，并且还通过采用环境友好和低成本的水热法制备镍基金属核壳链状
纳米材料前驱体。本专利技术提供了实际可行的羟基氧化铁修饰镍基硒化物方法来获得高效析氧电催化材料，能有效降低成本。
[0024]具体地，专利技术通过羟基氧化铁修饰得到的复合材料析氧性能有效提升。本专利技术采用水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)制备镍基金属核壳链状纳米材料：将乙酰丙酮镍(II)溶于乙二醇中，然后缓慢加入水合肼；将溶液搅拌混合均匀后，转移到高压釜中，升温加热；冷却后收集产物并洗涤，随后进行真空干燥，得到镍基金属核壳链状纳米材料；(2)镍基金属核壳链状纳米材料硒化处理：将硒粉、氢氧化钠、N,N
‑
二甲基甲酰胺加入高压釜中，剧烈搅拌15
‑
20min后，加入水合肼；然后加入镍基金属核壳链状纳米材料并混合均匀，在高压釜中170
‑
190℃加热1
‑
2h；收集黑色沉淀物并洗涤后，真空干燥，得到镍基硒化物多孔核壳链状纳米材料；(3)制备核壳链状纳米结构镍基硒化物/羟基氧化铁复合材料：将镍基硒化物多孔核壳链状纳米材料均匀分散在去离子水中，然后在所得悬浊液中加入硫酸亚铁，加热搅拌均匀，得到在羟基氧化铁表面均匀生长的核壳链状纳米结构镍基硒化物/羟基氧化铁复合材料。2.根据权利要求1所述的一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述乙酰丙酮镍(II)量为0.4
‑
0.6mmol，乙二醇量为40
‑
50ml，85％水合肼量为0.5
‑
2ml。3.根据权利要求1或2所述的一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述加热温度为170
‑
190℃，加热时间为6
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9h，干燥温度为50
‑
70℃。4.根据权利要求1所述的一种核壳链状镍基硒化...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春栋，程卓尔，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：