[发明专利]介孔纳米片结构硒化镍铁材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学催化技术领域，具体涉及一种支撑在碳纤维布上的介孔纳米片结构硒化镍铁材料及制备方法，该材料可作为低过电势、高稳定性电解水催化析氧活性材料。

背景技术

随着化石燃料的日趋枯竭和其带来的环境问题，人们迫切需要更有效的利用化石燃料以及开发清洁、价廉的新能源。氢以其储量丰富、清洁、高效、便于运输、环境友好等特点在新能源开发中脱颖而出。制造氢气的原料目前主要是碳氢化合物(煤焦、轻油、天然气)和水、甲醇、乙醇等，水以其含氢量高、价廉、易储存、运输方便等优点在制氢研究中已受到广泛重视。也有研究人员将目光投向了利用可再生资源(生物质、有机废水、废弃物等)制氢的研究。所有这些制氢方法都需要优良的催化剂。因此，设计低温高效催化剂并实现成功应用是制氢研究的关键技术之一。水电解制氢是实现工业化廉价制备H₂的重要手段，可制得纯度为99％～99.9％的氢气产品。工业级的催化剂主要以Pt、Pd等贵金属。因此，研究低廉的、储量丰富的电解水催化剂是工业制氢领域的关键挑战。

镍基材料由于具有较好的催化析氧活性和良好的稳定性而成为近年来的研究热点。它比一般的贵金属类电极的析氧效率要高，并且在碱性电解质中具有很高的耐腐蚀性。然而其较低的电子电导率和较低的活性位点，导致其析氧过电势较高，使得其自身的催化性能并不是非常优异。

硒化镍铁具有较高的催化活性位点和接近金属的电子电导率，能够作为更优秀的电解水催化析氧活性材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有问题而提供一种支撑在碳纤维布上的介孔纳米片结构硒化镍铁材料及制备方法，其反应温和，符合绿色化学的发展要求，这种支撑在碳纤维布上的介孔纳米片结构硒化镍铁材料具有优良的电催化析氧性能。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：介孔纳米片结构硒化镍铁材料，其为硒化镍铁介孔纳米片在碳纳米纤维上相互交错链接形成三维网络结构，所述的硒化镍铁介孔纳米片的长度为1-3μm，厚度为25-45nm，碳纳米纤维直径为10-13μm。

所述的介孔纳米片结构硒化镍铁材料的制备方法，包括有以下步骤：

1)将Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、NH₄F和CO(NH₂)₂溶解在水和乙二醇混合溶液中并搅拌；

2)将步骤1)中所得溶液转入反应釜中，加入碳纤维布，浸润加热进行反应，取出反应釜，自然冷却至室温；

3)将步骤2)取出的碳纤维布洗涤，烘干；

4)将硒粉、NaBH₄溶解在水中并搅拌；

5)将步骤4)中所得溶液转入反应釜中，加入步骤3)烘干后的碳纤维布，加热进行反应，取出反应釜，自然冷却至室温；

6)将步骤5)中取出的碳纤维布洗涤，烘干；得到支撑在碳纤维布上的介孔纳米片结构硒化镍铁。

按上述方案，步骤1)中，Ni(NO₃)₂·6H₂O物质的量为0.25-0.75mmol，Fe(NO₃)₃·9H₂O物质的量为0.05-0.25mmol，NH₄F物质的量为1-4mmol，CO(NH₂)₂物质的量为2-7mmol，水的体积为10-36mL，乙二醇的体积为10-36mL。

按上述方案，步骤4)中硒粉浓度为0.005-0.015mol/L，硼氢化钠浓度为0.01-0.03mol/L。

按上述方案，步骤1)中所述的搅拌时间为10-30min，步骤2)所述的浸润时间为10-60min；

按上述方案，步骤2)所述的加热反应温度为120℃，反应时间为6～12h。

按上述方案，步骤4)所述的搅拌时间为10-30min。

按上述方案，步骤5)所述的反应温度为180℃，反应时间为16-24h。

所述的介孔纳米片结构硒化镍铁材料作为电解水催化析氧材料的应用。