[发明专利]一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，对泡沫镍进行预处理；步骤2，对经步骤1处理后的泡沫镍进行硒化处理；步骤3，采用步骤2所得产物进行自支撑核壳纳米电催化剂的制备。本发明利用泡沫镍为制备高效水裂解催化剂的载体，通过后期的硒化和硫化，制备用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂Nisubgt;x/subgt;Ssubgt;y/subgt;@MoSsubgt;2/subgt;/NiSesubgt;2/subgt;。不仅保证了用于制备催化剂的材料储量丰富、成本低，而且自支撑催化剂的制备避免了对聚合物粘结剂的使用，进一步避免了其对电极的孔隙率和活性位点数量的影响，提高了催化活性，为后续开发用于全电解水的自支撑的非贵金属基电催化剂的发展提供一种新方法。

技术领域

本发明属于催化和储能技术领域，涉及一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法。

背景技术

煤、石油等传统化石燃料的过渡消耗造成了能源短缺和环境污染等问题，使得人们对绿色、可持续和清洁能源的生产有着迫切的需求。氢能源具有高能量、零污染的特点，是一种被认为可以用来替代传统能源优质能源。其中，水裂解制氢具有能量高、密度大、环境友好等特点，被认为是生产氢能源的有效方法。电解水反应主要包括两个半反应：析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，其在燃料电池、锌空电池和防腐保护等领域起着关键作用。然而，由于在HER和OER中不可避免的动态过电位，电解效率受到严重限制，高效电催化剂的设计和开发对于降低过电位具有重要意义。因此，寻找高效的HER和OER双功能电催化剂成为目前研究的一个重要方向。

目前，用于HER最有效的电催化剂材料主要是铂(Pt)基材料，用于OER最有效的电催化剂材料主要是铱(Ir)和钌(Ru)氧化物。然而，这些材料均存在成本高、储量低等缺点，阻碍了其广泛应用。为了降低催化剂的成本，基于过渡金属元素的电催化剂受到了人们的广泛关注，并有望在实际应用中替代传统的贵金属催化材料。与贵金属催化剂的催化机理有所不同，过渡金属的金属阳离子由于d层电子较难以得到或失去，表现出比贵金属基材料较弱的催化活性。常规方法构建金属氧化物电极，主要是将其负载碳材料并与聚合物粘结剂复合。高导电碳材料提供快速电子传输通道，而金属位点催化活性高，二者的复合可以获得高催化活性的电极。然而，由于聚合物粘结剂降低了电极的孔隙率和活性位点数量，且具有对氧气和氢气的高粘附性，其活性难以进一步提高。在自支撑阵列电极的研究中，相对于单一的金属氧化物，核壳结构或者二者杂化的催化剂材料的电导率提高了1-2个数量级，显著提高了材料的金属活性位点数量，进而大幅提高水裂解催化剂的活性并降低催化成本。

泡沫镍作一种新型的功能材料具有特殊结构和优异的性能，在燃料电池、电池电极材料、催化剂材料、过滤器、吸声材料等领域中都有广泛应用。在诸多过渡金属硫族化合物材料中，镍基化合物具有优异的电化学性能，而硒化镍与氧化镍、硫化镍相比，具有更强的金属性和更高的电导率。研究证明，NF的3D结构具有更大的表面积，已被证明可为水裂解反应提供了更多的活性位点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，该方法利用泡沫镍为制备高效水裂解催化剂的载体，通过后期的硒化和硫化，制备用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂Ni_xS_y@MoS₂/NiSe₂。

本发明所采用的技术方案是，一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，对泡沫镍进行预处理；

步骤2，对经步骤1处理后的泡沫镍进行硒化处理；

步骤3，采用步骤2所得产物进行自支撑核壳纳米电催化剂Ni_xS_y@MoS₂/NiSe₂的制备。

本发明的特点还在于，