[发明专利]一种铈修饰的镍基催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铈修饰的镍基催化剂及其制备方法与应用，该催化剂为负载有CeO₂的Ni₃N纳米片，其制备方法为，S1.以镍盐为原料，以导电基底作为载体，在结构导向剂的作用下，进行水热反应，得到氢氧化镍前驱体；S2.在含氮气氛下，将氢氧化镍前驱体进行煅烧，形成镍基催化剂材料；S3.将镍基催化剂材料置于含铈的电解液中，进行电沉积反应，即得铈修饰的镍基催化剂材料，可调节材料表面的活性位点数目及电子结构，具有低电阻、低能垒、高阳极催化性能及高稳定性的特性。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是涉及一种铈修饰的镍基催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

传统的化石燃料仍然是能源的主要提供对象，但是化石燃料的燃烧带来的环境问题严重影响了地球的环境，因此，科学家们致力于寻找可再生的清洁燃料来取代化石燃料，由于氢燃烧后的产物只有水，将氢作为汽车的能源可以杜绝尾气中二氧化碳的排放。为了合理高效地开发和利用氢能，氢能的生产和转换成为了近年来科学家们研究的热点问题。电催化分解水被认为是一种能够生产高纯度氢的最快速、最安全、最绿色的可持续方法，同时也被视为一种大规模储能的间接方式。

氢能作为二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且制备的氢气效率很低，而电解水产氢由于可持续性和操作简易的特点，被认为是一种实用的无污染制氢方法，受到了广泛的关注。阴极上的析氢反应(HER)和阳极上的析氧反应(OER)的水电解对水转化为氢起着重要作用。通过催化剂的作用可有效的降低反应所需的过电势，从而提升产氢效率。

在电催化水分解反应中，常见催化剂由Pt、Ru、Ir贵金属及其合金和化合物组成，但成本高和自然稀缺性阻碍了更广泛的应用，因此亟需开发经济、稳定、高效的新型催化剂。近年来，随着电催化领域的快速出现，非贵金属催化剂如过渡金属硫族化物、氮化物、碳化物、硒化物、磷化物，为这一领域带来了新的机遇。

然而上述非金属催化剂在电催化水分解反应中，产氢效率常常受到阳极反应的较慢的动力学过程的限制，从而影响了整体的产氢效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种铈修饰的镍基催化剂及其制备方法与应用，提升了电解水的效率。

为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种铈修饰的镍基催化剂材料，其为负载有CeO₂的Ni₃N纳米片。

第二方面，本申请提供一种铈修饰的镍基催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.以镍盐为原料，以导电基底作为载体，在结构导向剂的作用下，进行水热反应，得到氢氧化镍前驱体；

S2.在含氮气氛下，将氢氧化镍前驱体进行煅烧，形成镍基催化剂材料；

S3.将镍基催化剂材料置于含铈的电解液中，进行电沉积反应，即得铈修饰的镍基催化剂材料。

优选的，结构导向剂为尿素及氟化铵的混合物。

优选的，镍盐、尿素、氟化铵的摩尔比为1-4:5-10:2-5。

优选的，镍盐包括硝酸镍、氯化镍、磷化镍、溴化镍、硫酸镍的一种或几种。

优选的，含铈的电解液包括硝酸铈溶液、氯化铈溶液、硫酸铈溶液中的一种或几种。

优选的，步骤S1中，水热反应的反应温度为90-200℃，反应时间为4-24h。

优选的，步骤S2中，煅烧的升温速率为1-25℃/min，终温为150-700℃，保温时间为20-360min。

优选的，步骤S3中，电沉积反应的电压为0.05-10V，反应时间为1-30h。