[发明专利]磷掺杂硒化镍的制备方法及其应用于电解水催化剂

说明书

本发明属于电化学水分解催化材料领域，涉及一种磷掺杂硒化镍的制备方法，包括：将经清洗的条状镍泡沫、硒粉和磷源分别放入熔融石英管中，其中所述镍泡沫：硒粉：磷源的质量比为2～10 g：100～300 mg：5～15 mg；将单独放置的三种反应原料以10～30℃∙min^‑1加热速率加热到300～500℃在惰性气体保护下保持20～60 min，冷却至室温，洗净，即得。本发明还有一个目的，在于将所制备的磷掺杂的硒化镍可以直接用作在碱性介质中工作的电极，用于全水分解。本发明一步反应即可制得，所制备的硒化镍纳米片相互交错形成多孔结构，利于气体和电解质的传输，改善材料水分解催化性能。本发明的重现性好，反应原料易得，便于批量生产。

技术领域

本发明属于电化学水分解催化材料领域，涉及硒化物的制备，尤其涉及一种磷掺杂硒化镍的制备方法及其应用于电解水催化剂。

背景技术

氢气作为一种清洁能源，受到越来越多的关注。电化学水分解技术可用于生产高纯度氢气，是清洁、可控、快速的技术；电化学水分解装置包括阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）。对于HER和OER而言，寻找高效、廉价易得的催化剂，降低反应能垒，提高反应速度，仍是目前水分解技术发展的关键所在。在最近研究的镍基催化剂中，NiSe₂由于有适合吸附不同中间体的电子结构，有望成为HER和OER的电催化剂。

为了进一步增强NiSe₂的电催化活性，众多材料改性方法已被提出。富硒的NiSe₂纳米片阵列可用于HER，电催化剂表面上过量的硒有利于电荷转移，因此可以优化NiSe₂的电催化性能。其中掺杂法具有调节电子结构的优势，电子结构是决定电催化剂固有活性的关键因素。掺杂剂可以显著降低催化过程的ΔG_H*值并提高材料电导率，从而使硒化镍用于全水分解的电化学活性得到进一步提高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种磷掺杂硒化镍（P-NiSe₂）的制备方法。

技术方案：

一种磷掺杂硒化镍（P-NiSe₂）的制备方法，包括如下步骤：

A、将经清洗的条状镍泡沫、硒粉和磷源分别放入熔融石英管中，其中所述镍泡沫：硒粉：磷源的质量比为2～10 g ：100～300 mg：5～15 mg；

B、 将单独放置的三种反应原料以10～30℃∙min^-1 优选20℃∙min^-1的加热速率加热到300～500℃优选400℃，在惰性气体保护下保持20～60 min优选30 min，冷却至室温，洗净，即得。

本发明较优公开例中，步骤Ａ所述经清洗的条状泡沫镍，尺寸为1 × 4 cm，先后经去离子水、稀盐酸、去离子水清洗，以去除表面氧化层。

本发明较优公开例中，步骤Ａ所述磷源为NaH₂PO₂、红磷、Na₂HPO₃等，优选NaH₂PO₄。

本发明较优公开例中，步骤Ａ所述硒粉和磷源均为粉末状，置于石英管的上风口，泡沫镍置于下风口。

本发明较优公开例中，步骤Ｂ所述惰性气体为高纯度氮气或者氩气。

根据本发明所述方法制得的磷掺杂硒化镍，其形貌为具有褶皱结构的硒化镍纳米片，宽度为300～800 nm，纳米片堆叠形成了多孔形态，具有三维结构。

本发明采用一步煅烧法制备出具有三维结构的磷掺杂硒化镍材料，材料可直接用作全水分解的阳极和阴极催化剂，相较于纯的硒化镍，材料的催化性能和稳定性都得到提高。