[发明专利]一种镍钴双金属硒化物异质结构电催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于纳米材料领域，公开了一种镍钴双金属硒化物异质结构电催化剂的制备方法及其应用。通过简单的水热反应合成镍钴纳米线前驱体，进一步通过共沉淀法在其表面生成Co‑MOF颗粒，最后将其在低温N₂气氛下煅烧得到(Ni,Co)Se₂/CoSe₂/NF异质结构电催化剂。该系列双金属硒化物具有较低的电荷转移电阻和析氢析氧反应的反应势垒，在电催化析氢析氧反应中均具有优越的性能。同时该催化剂成本低廉，合成操作简便，工艺简单，催化性能优越，为该类材料在电催化领域提供了基础应用研究。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及电催化剂及其制备领域。更具体地，涉及一种高性能电化学分解水产氢和产氧的分层双金属硒化物电催化剂的制备方法与应用。

技术背景

随着不可再生化石燃料的逐渐枯竭和环境污染的加剧，寻找高效、低成本、环保的新能源已迫在眉睫。氢作为一种清洁、无污染、能量密度高的可再生能源，引起了人们的广泛关注。在现有的制氢技术中，电化学分解水因其能量转换效率高、零排放和制氢纯度高等优点被认为是目前最有前途的制氢方法之一。目前,贵金属Pt、Ru等仍被视为最有效的析氢析氧电催化剂，但它们的高成本和低资源储备限制了其大规模商业化生产。因此，开发高效、稳定、丰富的非贵金属电催化剂替代贵金属是实现电解水制氢产业化的有效途径。

过渡金属硒化物由于其独特的物理化学性质近年来在水分解领域得到了广泛的应用。这主要归因于Se元素的电负性较低使得OH^-向电极活性表面扩散的速度较快且更方便。此外，Se较低的电负性使得金属硒化物具有较强的类金属性质和更高的电导率且阴离子硒(Se^2-)具有较大的尺寸,可以提供一个合适的带隙从而提高过渡金属硒化物的电化学活性。此外，与单金属硒化物相比，三元双金属硒化物具有更高的电导率，双金属之间的有效协同作用有助于进一步提高电化学性能。例如，Xia等人通过简单的两步水热法在碳纤维片上成功制备了(Ni,Co)_0.85Se纳米管阵列。与纯Co_0.85Se相比，双金属硒化物(Ni,Co)_0.85Se具有独特的结构和化学组成，因此具有更高的电催化活性和稳定性(J.Mater.Chem.A,2018,6,7585-7591)。另一方面，Li等人通过简单的水热和随后的硒化法成功地在泡沫镍上原位生长了新型CuCoSe纳米管阵列结构，结果表明，由于两种不同金属基组分的协同作用，双金属硒化物CuCoSe的OER电催化活性明显优于纯CuSe和CoSe(ChemElectroChem 2019,6,331-335)。然而，尽管上述研究取得了显著的效果，但结构单一的过渡金属硒化物通常受限于活性位点不足，反应动力学缓慢等，导致其电催化活性仍远低于贵金属电催化剂。因此设计和制备具有分层异质结构的双金属硒化物在碱性溶液中进行全分解水是有意义的且具有挑战性。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种高性能分层双金属硒化物异质结构电催化剂。该发明制备的催化剂制备方法简单，具有较低的过电势和塔菲尔斜率，并且具有良好的导电性，其分层的纳米阵列结构可大幅度提高催化剂分解水的效率。另外，以泡沫镍为基底原位合成的硒化物，可以缩短离子/电子传输路径，加速电荷传递，进一步提高其导电能力，从而提高材料的催化活性。因此，以泡沫镍为基底材料，原位合成镍钴双金属硒化物，应用于电化学全解水，具有较好的应用前景。

本发明技术方案如下：

(1)清洗泡沫镍，备用

将商品泡沫镍依次用盐酸、丙酮、乙醇和去离子水超声清洗后，干燥得到干净的泡沫镍；

(2)制备以泡沫镍(NF)为基底的镍钴纳米线前驱体，即NiCo NWs/NF；