[发明专利]一种磷化镍纳米薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种磷化镍纳米薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米材料按维度可以分为三维材料，二维材料以及零维材料。纳米材料在近十年因为在微观尺度表现出特殊的性能受到各个领域广泛的研究。其中在材料化学，物理，生物科学，新能源科学以及计算科学也有相关的理论研究。

当今世界大量消耗化石燃料，导致了化石燃料即将面临着枯竭的危机，所以开发新能源是现在研究刻不容缓的问题。其中新能源包括太阳能，风能，水能，热能，核能以及生物能等。而氢气是一种高热值，清洁的能源。因为地球上有大量的水存在，可以作为制备氢气的原料来源，所以氢气具有作为今后主要能源的巨大潜力。要将水分子制备为氢气，所要做的就是在低的活化能条件下将水分子中的氢氧键断开。因此寻找一种高效耐用的催化剂对于电解水析氢是迫切需要的。另外众所周知的在析氢催化方面，贵金属表现出了优异的性能而受到广泛的研究，但受限于贵金属资源的稀有性以及高花费的缺点，要想利用贵金属催化剂解决我们所面临的能源问题无疑是不现实的。所以当今的研究热点聚焦于制备高效而稳定的非贵金属催化剂。而材料在纳米尺度下通常表现出奇特的性能，故很多学者研究制备纳米尺度的非贵金属催化剂，以期于制备出高效而稳定的析氢催化剂。通过制备高效稳定的催化剂来进一步解决能源问题。

氢能具有来源广泛，储量丰富、性质优越等优点，而被认为是二十一世纪的理想的清洁能源。具体为：

(1)安全环保

氢气分子量为2，是空气的1/14，因此，氢气泄漏于空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。无毒无味，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。

(2)储量丰富，热值高

氢元素是自然界最普遍存在的元素，据估计宇宙质量的75％都是由它构成，氢主要是以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最多的物质。据推算，如果把水中的氢完全提取出来制备成为氢气，它燃烧产生的总热量比燃烧地球上所有的化石燃料放出的热量还大9000倍还大。除核燃料外，氢气的发热值是所有化工燃料、生物燃料和化石燃料中最高的，为142.351kJ/kg，发热值是汽油的3倍。

(3)自动再生

氢气和氧气通过化学反应，产物为无污染的水，同时释放出大量的能量，用于转化为电能，机械能，热能等。其中产物的水又可以通过电解或光解转化为氢气。整个过程简单，无污染。

(4)可广泛的使用

继1976年5月美国开发了一种氢燃料的车辆后，日本也成功地开发了一种液态氢燃料汽车；20世纪70年代末，德国梅赛德斯-奔驰汽车公司测试的氢燃料汽车，只需要五公斤的氢燃料，汽车可以行驶110公里。液态氢也可以作为飞机、汽车的燃料，还可以作为火箭以及导弹的燃料。美国的登月计划“阿波罗”号飞船和中国的第一颗人造卫星发射所用的长征运载火箭，都是使用液态氢作为燃料。日经BP清洁技术研究所推测，到2050年全球氢基础设施的市场规模将达到约16万亿日元(1.3万亿美元)。氢能源可以通过燃烧释放化学能，也可以通过燃料电池转化为电能，还可以应用于核聚变。据美国能源部(DOE)新能源开发中心调查，在过去5年里，全世界的工业化国家对氢能源的开发投入年平均递增率是20.5％。这些都表现出氢能源不管在军工业还是民用业都有广泛使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种磷化镍纳米薄膜，该磷化镍纳 米薄膜能够作为一种析氢电催化剂使用。

本发明的第一个目的是提供一种磷化镍纳米薄膜的制备方法，步骤如下：

(1)将泡沫镍清洗后干燥；

(2)将步骤(1)中清洗干燥后的泡沫镍作为阳极，用直流稳定电源，在草酸溶液中，进行阳极氧化；得到草酸镍@泡沫镍；

(3)将步骤(2)制备的草酸镍@泡沫镍放在管式炉的中间，将次亚磷酸钠放在管式炉下游，在惰性气体气流下，设置控温程序为：升温速率2～4℃/min，至380～450℃后，维持2～4h，然后自然冷却至室温，得到磷化镍纳米薄膜。

作为优选，步骤(1)中所述清洗是将泡沫镍先在稀盐酸中超声处理，然后分别在丙酮和超纯水中超声处理；

作为进一步优选，步骤(1)中所述干燥是在真空烘箱中，35-45℃烘干。