[发明专利]一种中空球型N-P共掺杂硒化钒纳米电催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种中空球型N‑P共掺杂硒化钒纳米电催化剂的制备方法，它包括以下步骤：1）A.钒酸钠溶解于去离子水中得到溶液a；B.硒粉溶解于水合肼中，均匀搅拌0.5‑1.5h，得到溶液b；2）将溶液a与溶液b混合，搅拌均匀得到混合液c；3）将混合液c于温度180‑220℃下高压水热反应6‑24h，反应后离心，取下层沉淀物并用水和乙醇交替洗涤、真空干燥得到VSesubgt;2/subgt;；4）将VSesubgt;2/subgt;放在管式炉的中间控温区域，温度550℃下保持2‑2.5h，得N‑VSesubgt;2/subgt;；5）称取次磷酸钠、N‑VSesubgt;2/subgt;依次放置在管式炉的上、下游侧，350℃下保持2‑3h，自然冷却至室温后得N‑P VSesubgt;2/subgt;；该方法合成简单，利于工业化生产。

技术领域

本发明属于电催化能源材料技术领域，具体涉及到一种中空球型N-P共掺杂硒化钒纳米电催化剂的制备方法。

背景技术

氢气被认为是一种非常有前景的可再生能源，有望能够满足人们日益增长的能源需求以及缓和因为传统化石燃料的过度消耗而引起的环境问题。作为最有效的可持续生产氢气的方式，电解水被认为是燃料电池和太阳能水电解槽等几个清洁能源技术发展的核心。那目前关键问题是如何获得高效且廉价的电极催化剂。

电解水过程中，性能的最佳代表材料为贵金属Pt。然而其含量低，价格昂贵限制了它作为催化剂在电解水方向的工业化应用。因此，我们需要开发出价格低廉，性能优异的可替代贵金属的催化剂。在石墨烯被发现以后，同样具有层状结构的过渡金属化合物也受到了巨大的关注。逐渐被广泛地用于电催化，光催化，锂离子电池和超级电容器等多个领域。金属硒化物与金属硫化物有着类似的结构和相似的化学性质，但由于硒和硫位于同一主族的不同周期，因此两者在一些理化性质上有所不同。硒的原子半径偏大，表现出更强的金属性质，而电离能小于硫，进而使得金属硒化物的带隙更窄，电子空穴的分离效果更好。同时实验表明，硒化物在电催化析氢方面更优于硫属化物。过渡金属磷化物具有和过渡金属碳化物类似的导电性，导热性和高的稳定性等优点，表现出非常优秀的电催化析氢活性。例如CoP,NiP和FeP等。MoN，WN等过渡金属氮化物由于氮元素的掺杂大大提升了材料本身的催化性能。因此，本发明中所制备的氮磷共掺杂中空纳米球复合电催化剂综合了过渡金属硒化物，过渡金属磷化物和过渡金属氮化物的三方面优势，表现出更加优异电催化析氢性能。但是，由于多元掺杂的催化剂在形成复合材料的过程中会受限于各个元素的价态以及物相的构成，因此加大了材料合成难度。

与此同时,纳米材料由于较大的比表面积，通常会比常规材料暴露出更多的活性位点。中空球型的材料形貌协同促进了总体的析氢性能。

发明内容

本发明鉴于现有国内技术的问题，提供了一种中空球型N-P共掺杂硒化钒纳米电催化剂的制备方法，该方法制备的中空纳米球复合电催化剂综合了过渡金属硒化物，过渡金属磷化物和过渡金属氮化物的三方面优势，表现出更加优异电催化析氢性能，且合成简单，工业化应用广泛。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种中空球型N-P共掺杂硒化钒纳米电催化剂的制备方法，它包括以下步骤：

1）A.称取钒酸钠溶解于去离子水中得到溶液a；B.称取硒粉溶解于水合肼中，均匀搅拌0.5-1.5h，得到溶液b；

2）搅拌下，将溶液a与溶液b混合，持续搅拌2-4h，得到混合液c；

3）将混合液c置于聚四氟乙烯容器中，于温度180-220℃下进行水热反应6-24h，反应后离心，取下层沉淀物并用水和乙醇交替洗涤3-4遍；接着于温度65-80℃真空干燥8-10h，得到VSe₂；

4）将VSe₂放在管式炉的中间控温区域，在氨气气氛下，以2℃/min的升温速率，在温度550℃下保持2-2.5h，得到N-VSe₂；