一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合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N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料及其制备方法，包括以下步骤：S1、将可溶性镍盐、可溶性钼盐溶解在去离子水中，得到混合溶液；S2、将泡沫镍浸泡在所述混合溶液中，进行水热反应，得到NF@NiMoO4前驱体；S3、将所述NF@NiMoO4前驱体与氮源、磷源在保护气氛下煅烧，得到N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料。本发明专利技术还公开了N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料作为电催化水分解以及析氢反应催化剂的应用。以及析氢反应催化剂的应用。以及析氢反应催化剂的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电催化
，尤其涉及一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在能源短缺和环境危机不断加剧的情况下，开发清洁、环保、无污染、可再生的替代能源，如太阳能、风能、氢能等，可以有效降低对化石燃料的需求。氢能作为一种可再生能源，具有资源丰富、易于储存等优点。同时，电解水制氢被认为是转化和储存大规模可再生能源的有效策略。电催化水分解技术包括两个半反应：阴极上发生的析氢反应(HER)和阳极上发生的析氧反应(OER)，然而，在电催化水分解的过程中，启动两个半反应需要更多的能量，为了驱动OER和HER的持续反应，施加的电压必须高于1.23V。贵金属催化剂Pt和RuO2由于其分别具有优异的HER和OER电催化性能，目前仍是较为理想的HER和OER催化剂。然而，由于资源短缺、成本高、耐久性差，大大限制了其广泛应用。因此，开发一种低成本、资源丰富、高效的非贵金属水分解催化剂具有重要的现实意义。
[0003]近年来，对于高活性电催化剂的研究主要集中在富过渡金属(Co,Ni,Mo,Fe,Mn)复合材料上。其中，Ni、Mo和Fe基过渡金属复合材料(TMs)能提供丰富的可变价态，形成独特的电子结构，促进氧化还原，有利于改善电化学过程。因此，它经常被用作高效的水电解催化剂，广泛用于贵金属的替代品。但是，目前的TMs电催化剂，其电催化性能与商用的贵金属电极材料相比，仍然存在较大的差距，需要对其进行改性研究。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术提出的一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将可溶性镍盐、可溶性钼盐溶解在去离子水中，得到混合溶液；
[0007]S2、将泡沫镍浸泡在所述混合溶液中，进行水热反应，得到NF@NiMoO4前驱体；
[0008]S3、将所述NF@NiMoO4前驱体与氮源、磷源在保护气氛下煅烧，得到N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料。
[0009]优选地，所述可溶性镍盐、可溶性钼盐与去离子水的比例为(0.8～1.2)mmol：(0.8～1.2)mmol：30mL；优选地，所述可溶性镍盐、可溶性钼盐与去离子水的比例为1mmol：1mmol：30mL。
[0010]优选地，所述氮源、磷源的质量比为1：(1～1.4)；
[0011]优选地，S2中，水热反应的温度为130～170℃，时间为4～8h；优选地，S2中,水热反应的温度为150℃，时间为6h。
[0012]优选地，S3中，煅烧的温度为300～400℃，煅烧保温时间为1～3h；优选地，S3中，煅烧的温度为350℃，煅烧保温时间为2h；
[0013]优选地，S3中，升温至所述煅烧的温度的升温速率为1～3℃/min。
[0014]优选地，S3中，将所述NF@NiMoO4前驱体与氮源、磷源置于管式炉中，在保护气氛下煅烧，其中，将NF@NiMoO4前驱体置于管式炉的出气口，氮源、磷源置于管式炉的进气口。
[0015]优选地，所述可溶性镍盐为六水合硝酸镍；所述可溶性钼盐为二水合钼酸钠；所述氮源为碳酸氢铵；所述磷源为一水合次亚磷酸钠。
[0016]优选地，所述泡沫镍的尺寸为3cm
×
3cm
×
0.15cm。
[0017]其中，泡沫镍在反应前需要进行预处理，预处理的目的是去除泡沫镍表面的油污和氧化层。预处理的步骤为：将泡沫镍依次在丙酮、1M HCl中超声处理15min，再依次采用乙醇、去离子水洗涤，当泡沫镍洗涤至中性后进行真空干燥，即可得到处理好的泡沫镍。
[0018]本专利技术还提出了一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料，由所述的制备方法制得。
[0019]本专利技术还提出了一种所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料作为电催化水分解HER催化剂的应用。
[0020]海水资源丰富，占水资源的96％以上。因此，用直接电解海水代替淡水来缓解能源需求和环境问题是具有广大前景的。然而，在整个海水裂解过程中，阳极上发生的析氧反应(OER)和析氯反应(CER)之间的竞争是一个巨大的挑战。当初始电位超过490mV时，阳极在OER过程中会发生氯析出，在碱性条件下会转化为次氯酸盐。生成的次氯酸盐和氯离子严重影响催化剂的活性，腐蚀电极，抑制了整体的海水裂解过程。因此，如何制备具有高比表面积、有效催化活性和优异的OER选择性的纳米结构电极材料是解决上述问题的关键。
[0021]本专利技术还提出了一种核壳复合材料，所述核壳复合材料是以所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料为核，以其表面覆盖的非晶态片状结构NiFe LDH为壳。
[0022]优选地，所述核壳复合材料的制备方法包括：采用三电极体系，以铂电极和甘汞电极分别为对电极和参比电极，以所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料作为工作电极，以镍盐和铁盐的水溶液为电解液，进行电沉积，将产物洗涤、干燥，即得。
[0023]优选地，所述电沉积的工作电压为
‑
0.8～
‑
1.2V，电沉积时间为100～700s；优选地，电沉积的工作电压为
‑
1V,电沉积时间为500s。
[0024]优选地，所述电解液中，镍盐的浓度为10～30mmol/L，铁盐的浓度为10～30mmol/L；优选地，镍盐的浓度为20mmol/L，铁盐的浓度为20mmol/L。
[0025]优选地，所述镍盐为六水合硝酸镍，所述铁盐为九水合硝酸铁。
[0026]本专利技术还提出了所述核壳复合材料作为电催化水分解OER催化剂的应用。
[0027]本专利技术还提出了一种电催化水分解催化剂，包括HER催化剂和OER催化剂，其中HER催化剂为所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料，OER催化剂为所述核壳复合材料。
[0028]本专利技术的有益效果如下：
[0029]本专利技术首先通过在三维导电基底泡沫镍(NF)表面，水热生长1D NiMoO4(NM)纳米线，形成较大比表面积纳米线结构，缩短与电解质的接触距离，再将N和P元素通过低温煅烧共掺杂到NF@NM纳米线中，得到N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料，进一步提高其导
电性能和催化活性，该材料具有很高的HER催化活性，其HER性能接近商用的贵金属HER电极材料，而且成本低，可以应用于电催化水分解以及HER催化剂。
[0030]本专利技术还采用标准的三电极体系，采用铂电极和甘汞电极分别作为对电极和参比电极，以所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料作为工作电极，以镍盐和铁盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将可溶性镍盐、可溶性钼盐溶解在去离子水中，得到混合溶液；S2、将泡沫镍浸泡在所述混合溶液中，进行水热反应，得到NF@NiMoO4前驱体；S3、将所述NF@NiMoO4前驱体与氮源、磷源在保护气氛下煅烧，得到N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料。2.根据权利要求1所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，所述可溶性镍盐、可溶性钼盐与去离子水的用量比为(0.8～1.2)mmol：(0.8～1.2)mmol：30mL；优选地，所述可溶性镍盐、可溶性钼盐与去离子水的用量比为1mmol：1mmol：30mL。优选地，所述氮源、磷源的质量比为1：(1～1.4)；优选地，所述可溶性镍盐为六水合硝酸镍；所述可溶性钼盐为二水合钼酸钠；所述氮源为碳酸氢铵；所述磷源为一水合次亚磷酸钠。3.根据权利要求1所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，S2中，水热反应的温度为130～170℃，时间为4～8h；优选地，S2中,水热反应的温度为150℃，时间为6h。4.根据权利要求1所述的N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料的制备方法，其特征在于，S3中，煅烧的温度为300～400℃，煅烧保温时间为1～3h；优选地，S3中，煅烧的温度为350℃，煅烧保温时间为2h。5.一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料，其特征在于，由权利要求1～4任一项所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨萍，任梦雷，张子宽，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：