[发明专利]一种多相催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用

说明书

本申请公开了一种多相催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用，所述多相催化剂包括载体和活性组分；所述载体为MXene；所述活性组分包括磷化镍和二硒化钼；所述活性组分具有异质结构；所述异质结构包括在MXene基底上形成的Ni₂P纳米片和MoSe₂纳米片。本申请的Ni₂P@MoSe₂/MXene复合材料具有异质结构和纳米片阵列结构，该结构具有丰富的结构网络，极大的暴露活性位点，表现出优异的电催化性能。

技术领域

本申请涉及一种多相催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用，属于催化剂技术领域。

背景技术

氢能作为21世纪的战略储备能源，因其零污染、可回收性和高能量密度而受到青睐。水电解作为制氢方法之一，由于其原料丰富、产品纯度高、易于控制反应条件，具有广阔的应用前景。

然而，电解水制氢过程(阴极氢析出、阳极氧析出)反应动力学缓慢，迫切需要高效的催化剂加快反应速率。贵金属基催化剂电催化活性高，但是稀有昂贵，而且稳定性较差。因此，开发低成本、高性能且强健的非贵金属催化剂迫在眉睫。

为了降低能源消耗，加快水的分解效率，许多工作长期一直集中在高效、廉价的非贵金属电解水催化剂的设计上，近几十年来，过渡金属化合物由于其特殊的电子结构和丰富的资源而受到广泛关注，包括过渡金属磷酸盐、硒化物、硫化物和氧化物，有望成为传统贵金属催化剂的替代品。在这些过渡金属化合物中，磷化镍因其价格低廉、特殊的电子结构、优异的化学稳定性和固体HER性能而受到人们的广泛关注，但是，纯磷化镍的HER性能并不是很理想，研究发现，通过异质结构策略可以有效地提高镍磷化化合物的电催化性能。

电解槽阴极催化剂可以分为两个大类，一类是以Pt为基础的Pt系催化剂，另外一类是非贵金属催化。其中主流的是贵金属催化剂，比如Pt/C催化剂，但是贵金属催化剂价格较高，性价比较低。因此开发非贵金属催化剂替代贵金属催化剂迫在眉睫，可以较大程度上降低电解槽的成本。

发明内容

现有技术中，通过异质结构NiSe/Ni₂P材料实现了高效的水电解；而二硒化钼在伏尔默(Volmer)反应中具有电催化活性和良好的导电率，其H吸附自由能极低，类似于Pt电极；过渡金属化合物中，磷化镍因其价格低廉、特殊的电子结构、优异的化学稳定性和固体HER性能而受到人们的广泛关注，异质结构保留固有的性质时，各组分也能在不同组分之间产生协同电催化效应，这是单个组分或简单的物理混合无法实现的。因此，本申请合理设计磷化镍和二硒化钼形成多相催化剂，可以获得更优良的HER性能。

本申请基于采用水热法和磷化法合成了一种异质结构催化剂。该催化剂由直接生长在MXene纳米片衬底上的Ni₂P纳米片和原位生长的二硒化钼纳米片(以下简称Ni₂P@MoSe₂/MXene)组成。由于Ni₂P和二硒化钼之间的非均匀界面以及纳米片阵列，Ni₂P@MoSe₂/MXene催化剂形成有较大的比表面积，暴露更多的活性部位，提高电导率，其析氢性能远远优于单组件Ni₂P和MoSe₂。

本申请的一个方面，提供了一种多相催化剂，所述多相催化剂包括载体和活性组分；

所述载体为MXene；

所述活性组分包括磷化镍和二硒化钼；

所述活性组分具有异质结构；

所述异质结构包括在MXene基底上形成的磷化镍纳米片和二硒化钼纳米片；

所述二硒化钼纳米片通过原位生长的方式包覆在磷化镍纳米片上。

可选地，所述磷化镍纳米片和二硒化钼纳米片形成纳米片阵列；