一种片状磷化镍阵列电极材料的非酸介质制备方法技术

本发明专利技术公开了一种片状磷化镍阵列电极材料的非酸介质制备方法。该方法采用非酸介质水热法和化学气相沉积法在泡沫镍基底上生长片状磷化镍阵列。具体分为三步：首先以双氧水、十六烷基三甲基溴化铵、乙醇和去离子水混合作为溶剂，通过水热法在泡沫镍表面进行氧化活化与晶面预取向；然后将活化过的泡沫镍与双氧水、去离子水和十六烷基三甲基溴化铵溶液进行水热反应，得到晶面结构有序的片状氢氧化镍阵列；最后通过化学气相沉积法与次磷酸钠反应，获得活性晶面占比大的片状磷化镍阵列电极材料。本发明专利技术采用双氧水氧化工艺替代氢氟酸刻蚀工艺，具有高效率、低成本、低毒性、环境友好、操作简单等特点，在电催化产氢领域中具有广阔的应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种片状磷化镍阵列电极材料的非酸介质制备方法


[0001]本专利技术属于电催化产氢
，具体涉及一种片状磷化镍阵列/泡沫镍电极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]由于化石燃料加剧了全球变暖和污染，寻找清洁的、可再生的替代能源是迫在眉睫的需求。电解水技术是一种储存和传输风能及太阳能的可靠技术，通过产生氢气和氧气可以实现理论上的零污染，然而水分解反应需要很高的过电位来获得合适的反应速率。虽然铂基材料和钌基氧化物是最有效的析氢反应和析氧反应的电催化剂，但是贵金属的稀缺性、高成本以及不稳定性限制了其广泛应用。目前，人们已经设计出多种地球储量丰富的高活性非贵金属催化剂，分别用于析氢和析氧反应，如硫族化合物、磷化物、碳化物等。
[0003]磷化镍具有与氢化酶相似的电子结构，是一种高效的析氢催化剂。磷化镍的磷原子进入镍的晶格之中形成间隙化合物，使其具有良好的导电性和抗腐蚀能力，符合高效电催化电极的特点。近年来，已报道了多种制备磷化镍的方法，其中水热合成法具有显著优势，形貌可控性良好，通过磷化可在泡沫镍表面原位竖直生长片状磷化镍阵列，具有优异的电化学特性。然而，依旧存在以下问题需要解决：（1）泡沫镍的表面酸洗活化过程涉及剧毒化学试剂（如氢氟酸），危害人身安全，造成严重的环境污染；（2）制备工艺复杂，对反应温度、气氛以及生产设备要求严苛。因此，发展出一种高效率、低成本、低毒性、环境友好、操作简单的制备方法，获得结构均一、排列规整、可控性好等特点的磷化镍电极材料，是实现现代化生产的重要关键。
[0004]公开号CN106498434A的“一体化镍基多孔磷化镍析氢电极的制备方法”中，先将去离子水和有机醇按1：0~100混合；加入浓度为0.01~2mol/L的弱酸（氢氟酸等）；加入泡沫镍基底，在10~100℃下刻蚀反应1~10h，形成镍基多孔前驱体，用去离子水洗涤干燥；将镍基多孔前驱体与次磷酸钠放在氢气和惰性气体的混合气氛下250~400℃条件下进行磷化处理，得到一体化镍基多孔磷化镍电极材料。其扫描电镜照片如图9所示。该方法利用氢氟酸的氢离子在水热临界条件下刻蚀泡沫镍，所得磷化镍电极材料在结构有序度较低，势必会影响材料的电化学性能和循环稳定性，同时，使用氢氟酸作为刻蚀剂，不仅危害人身安全，而且产生污染性的废料，偏离绿色化学合成理念。
[0005]公开号CN110040792B的“一种生长于泡沫镍表面的氢氧化镍纳米片阵列材料的制备方法”中，先将泡沫镍置于乙醇中超声波清洗，取出泡沫镍后用去离子水冲洗泡沫镍，再将冲洗后的泡沫镍置于酸溶液（如氢氟酸）中浸泡1
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2h，取出后置于去离子水中超声波清洗，最后将泡沫镍浸没在去离子水中自然氧化2~5天，得到生长于泡沫镍表面的氢氧化镍纳米片阵列材料。该方法利用氢氟酸对泡沫镍表面进行酸洗活化，对环境危害大，后期需要花费大量成本处理剧毒工业废料，增加生产成本，不符合绿色化学合成理念。
[0006]公开号CN107331851A的“钠离子电池纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料及其制备方法”中，首先通过氮气、氢气、甲烷三种气体参与反应的化学气相沉积法，在泡沫镍上
沉积3D石墨烯；然后通过与pH=3的去离子水进行水热反应，在沉积有3D石墨烯的泡沫镍基底上生长氢氧化镍纳米阵列；最后将负载氢氧化镍纳米阵列的3D石墨烯与次磷酸钠在惰性气氛下热处理，制得纳米片阵列磷化镍/3D石墨烯复合材料。该方法需要在高温下通入特殊气体介质，对设备要求较高，制备条件复杂。此外，该方法需要使用何种酸来调节去离子水的pH值，并未公开。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种片状磷化镍阵列电极材料的非酸介质制备方法，有针对性地解决了现有技术中泡沫镍的表面酸处理活化过程的毒性问题。此制备方法具有高效率、低成本、低毒性、环境友好、操作简单等特点，采用双氧水氧化工艺替代氢氟酸刻蚀工艺，无须加入剧毒的氢氟酸和额外的镍源，也不需要使用粘结剂粘合，所制备的片状磷化镍阵列电极材料在电催化产氢领域具有广阔的应用前景。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种片状磷化镍阵列电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）依次用丙酮，盐酸（3mol/L），乙醇和去离子水超声清洗10~20 min，60℃烘干备用；（2）泡沫镍的氧化活化与晶面预取向：称取十六烷基三甲基溴化铵倒入烧杯中，将双氧水、去离子水和乙醇加入到烧杯中，超声处理10~20min，形成均匀的溶液。将尺寸为1
×
3cm的泡沫镍加入上述溶液中，超声处理10~20min后，将溶液与泡沫镍一并转移至聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下水热反应16~24h。自然冷却至室温后，将活化好的泡沫镍取出，用去离子水和乙醇各冲洗三遍，60℃烘干备用；（3）片状氢氧化镍阵列的结构有序生长：将双氧水和去离子水倒入烧杯，超声处理10~20min，再加入1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，超声处理10~20min。将步骤（2）中活化的泡沫镍加入溶液中，超声处理10~20min。按步骤（2）的方式将泡沫镍和溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在180℃下水热反应16~24h。反应结束，自然冷却至室温后，将泡沫镍样品取出，用去离子水和乙醇各冲洗三遍。在60℃下烘干，得到片状氢氧化镍阵列/泡沫镍材料；（4）片状磷化镍阵列的制备：先称取80~120mg的次磷酸钠置于瓷舟的一端，将尺寸为1
×
2cm的片状氢氧化镍阵列/泡沫镍材料置于瓷舟的另一端。然后，将该瓷舟放入管式炉中，使次磷酸钠处于上风口，通入氮气，在400℃下热处理1h，得到片状磷化镍阵列/泡沫镍电极材料。
[0009]优选地，步骤（2）中所述的双氧水（质量分数为30 %）的量为5~10mL，去离子水的量为0~5mL，乙醇的量为5~10mL，十六烷基三甲基溴化铵的量为164~328mg。
[0010]优选地，步骤（3）中所述的双氧水（质量分数为30%）的量为5~10mL，去离子水的量为17~24mL，十六烷基三甲基溴化铵溶液的量为1~3mL。
[0011]优选的，步骤（4）中所述的管式炉的升温速率为2℃/min。
[0012]采用上述方法制备得到片状磷化镍阵列/泡沫镍电极材料。
[0013]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）实现镍金属表面的双氧水氧化活化替代剧毒的氢氟酸刻蚀活化：本专利技术在水
热临界条件下，借助表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵对双氧水氧化泡沫镍过程进行合理晶面调控，实现富含（001）晶面的氢氧化镍纳米片在泡沫镍表面高效化、可控化的原位阵列式生长，有利于氢氧化镍向磷化镍转变时，磷化镍的（001）活性晶面的稳定形成。镍金属表面的双氧水氧化活化替代剧毒的氢氟酸刻蚀活化反应方程式如下：Ni (s) + H2O
2 (aq)
ꢀ→ꢀ
Ni(OH)
2 (s)与剧毒氢氟酸产生的工业废料不同，本专利技术中双氧水反应后的产物为水，无工业废料，对环境无污染。
[0014]（2）实现磷化镍电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片状磷化镍阵列电极材料的制备方法，其特征在于：采用非酸介质水热法和化学气相沉积法在泡沫镍基底上生长片状磷化镍阵列。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）泡沫镍的预处理：依次用丙酮、3mol/L盐酸、乙醇和去离子水超声清洗10~20min，60℃烘干备用；（2）泡沫镍的氧化活化与晶面预取向：在去离子水和乙醇的混合液中加入十六烷基三甲基溴化铵和双氧水，超声处理10~20min，加入泡沫镍，超声处理10~20min，180℃水热反应16~24h，自然冷却至室温，取出活化好的泡沫镍，用去离子水和乙醇各冲洗三遍，60℃烘干备用；（3）片状氢氧化镍阵列的结构有序生长：将双氧水和去离子水混合，超声处理10~20min，加入1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，超声处理10~20min；加入步骤（2）得到的泡沫镍，超声处理10~20min，180℃水热反应16~24h，自然冷却至室温，取出泡沫镍样品，用去离子水和乙醇各冲洗三遍，60℃烘干，得到片状氢氧化镍阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯苗，朱阿元，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：