基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料的制备方法。该方法首先采用电化学沉积法在泡沫镍基体上制备铁镍磷化物(Fe

【技术实现步骤摘要】
基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料的制备方法


[0001]本专利技术属于电催化复合材料制备
，具体为一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料的制备方法。

技术介绍

[0002]传统化石燃料的过度使用一方面导致了能源的短缺，另一方面也使得地球环境的温室效应越来越严重。因此，可再生清洁能源的发展迫在眉睫。在所有的可再生清洁能源中，氢能(H2)具有高产、高收益、可回收、无毒、无污染、转换效率高等突出优势，成为替代传统化石燃料的最佳选择之一，对缓解世界能源危机具有重要意义。电催化分解水制氢被认为是大规模制备和储存氢能源的最有效策略。近年来，人们在设计和制造具有高电催化析氢(HER)活性的非贵金属基纳米材料，特别是双功能电催化水解催化剂方面做了大量的工作，如过渡金属氧化物、碳化物、磷化物、硫化物、硒化物、氢氧化物等电催化材料的开发和精密调控。其中，过渡金属磷化物具有很好的吸附能力和HER/OER双功能电催化活性，且其中的磷具有很强的捕获带正电质子的能力，对反应物中间物具有适度的亲和力，是极具潜力的非贵金属电催化材料。因此，过渡金属磷化物被认为是有希望取代贵金属基电催化剂的候选者。在过渡金属磷化物中，磷化镍因其高氧化还原特性、低成本和良好的酸碱适应性，被认为是一种非常有前景的电催化剂。
[0003]尽管已经成功合成了许多具有各种形貌和纳米结构的磷化镍基电催化剂，并表现出良好的HER或OER活性。然而，其电催化性能，如固有的中等活性、反应动力学和HER/OER过电势，仍然与贵金属基电催化剂存在一定差距。近期研究工作发现，由于空位缺陷可以催化激发相邻原子和改善界面电荷转移效率，可以通过产生空位缺陷来调整化合物的HER催化活性。
[0004]本专利技术提供了一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料及其制备方法，该磷化镍基电催化材料具有高催化活性、优异的导电性和机械稳定性，在碱性电解质中表现出优异的电催化性能析氢性能。

技术实现思路

[0005]为了解决磷化镍纳米片在电催化析氢方面存在的问题，本专利技术提供了一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍电催化材料的制备方法，有效改善了磷化镍纳米电催化材料的析氢性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术公开一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料的制备方法。该制备方法包括按顺序进行的如下步骤：
[0007](1)将一定尺寸的泡沫镍基体(NF，1
×
2.5cm2)用砂纸打磨去除表面氧化层，再分别浸入丙酮、稀氢氧化钠和稀硝酸溶液中超声清洗十分钟，进一步去除氧化层和表面杂质，之后用去离子水冲洗数次，并真空干燥以备用。
[0008](2)用天平称取适量六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·
9H2O)、次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)、氯化铵(NH4Cl)和尿素(CO(NH2)2)等化学原料，加入去离子水配制成电化学沉积液。以Ag/AgCl和铂片为参比电极和对电极，以泡沫镍为工作电极，在上述电沉积溶液中经恒电位沉积制备负载于泡沫镍上的Fe
‑
NiP纳米薄膜。
[0009](3)将制备好的Fe
‑
NiP/NF电极放入硝酸溶液中，经酸洗刻蚀后基体上的活性铁离子被硝酸刻蚀出来，制备得到具有Fe离子空位的磷化镍纳米片阵列电催化材料(V
Fe
‑
NiP/NF)。
[0010]在步骤(1)中，所述稀氢氧化钠和稀硝酸溶液的浓度为1M。
[0011]在步骤(2)中，所述电化学沉积溶液由六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O，0.02～0.03mol)、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·
9H2O，0.005～0.01mol)、次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O，0.02～0.03mol)、氯化铵(NH4Cl，0.01～0.02mol)、尿素(CO(NH2)2，0.01～0.02mol)和30mL去离子水组成，在室温条件下搅拌至完全溶解。实验用
‑
1.0V恒定电压进行电化学沉积，沉积时间为180～240s。
[0012]在步骤(3)中，所述的硝酸溶液溶度为3M，酸蚀时间为10～30分钟。
[0013]本专利技术制备的V
Fe
‑
NiP电催化材料具有优良的析氢性能，其线性扫描伏安曲线如图1所示，在10mA
·
cm
‑2的电流密度下，过电位仅为52mV。图3所示为V
Fe
‑
NiP经历1000次的循环伏安测试后，其析氢性能没有明显改变，表明该催化剂具有良好的稳定性。此外，图4所示为V
Fe
‑
NiP/NF电极在多步不同电压下的析氢性能曲线，进一步说明该析氢催化剂具有较好的催化性能和稳定性。图5所示为V
Fe
‑
NiP/NF电极的表面形貌图片，其具有较好的纳米片阵列结构。
[0014]本专利技术提供的一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料的制备方法具有如下有益效果：
[0015](1)本专利技术可以提高磷化镍基纳米材料的电催化制氢性能。
[0016](2)本专利技术可以提高电荷分离效率，显著降低电催化过程中所需要的反应势垒，起到节能降耗的效果。
[0017](3)本专利技术制备方法简单易操作，成本低廉，对环境友好无污染，具有很好的可行性和应用前景。
附图说明：
[0018]图1为不同NiP/NF基电催化材料在析氢方面的性能；
[0019]图2为不同NiP/NF基电催化材料在析氢方面的Tafel图；
[0020]图3为电极历经1000次循环后的电催化稳定性测试；
[0021]图4为V
Fe
‑
NiP/NF电极的析氢性能在多段不同电压下的稳定性曲线；
[0022]图5为V
Fe
‑
NiP/NF扫描电镜图。
具体实施方式
[0023]下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。
[0024]实施例1
[0025]一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0026](1)将一定尺寸的泡沫镍基体(NF，1
×
2.5cm2)用砂纸打磨去除表面氧化层，再分别浸入丙酮溶液、1M稀氢氧化钠和1M稀硝酸溶液中超声清洗十分钟，进一步去除氧化层和表面杂质，之后用去离子水冲洗数次，并真空干燥以备用。
[0027](2)用天平依次称取0.02mol六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)、0.005mol九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·
9H2O)、0.02mol次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)、0.015mol氯化铵(NH4Cl)和0.015mol尿素(C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开一种基于阳离子空位缺陷的磷化镍纳米片阵列电催化材料(V
Fe
‑
NiP)的制备方法。其特征在于：所述的制备方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)将一定尺寸的泡沫镍基体(NF，1
×
2.5cm2)用砂纸打磨去除表面氧化层，再分别浸入丙酮、稀氢氧化钠和稀硝酸溶液中超声清洗十分钟，进一步去除氧化层和表面杂质，之后用去离子水冲洗数次，并真空干燥以备用。(2)用天平称取适量六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)、九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·
9H2O)、次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)、氯化铵(NH4Cl)和尿素(CO(NH2)2)等化学原料，加入去离子水配制成电化学沉积液。以Ag/AgCl和铂片为参比电极和对电极，以泡沫镍为工作电极，在上述电沉积溶液中经恒电位沉积制备负载于泡沫镍上的Fe
‑
NiP纳米薄膜。(3)将制备好的Fe
‑
NiP/NF电极放入硝酸溶液中，经酸洗刻蚀后基体上的活性铁离子被硝酸刻蚀出来，制备得到具有Fe离子空位的磷化镍纳米片阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭振刚，刘志鑫，刘志锋，刘志华，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：