[发明专利]一种阵列结构过渡金属硒化物电极的制备及其在电解水中的应用

说明书

一种阵列结构过渡金属硒化物电极的制备及其在电解水中的应用，属电极技术领域。第一步通过简单的预处理对镍片(NF)基底进行优化，第二步在镍片基底表面原位均匀生长金属有机骨架材料(Mn/Fe/Co/Ni/Cu‑MOF)纳米阵列，得到NF‑MOFs材料，第三步在MOFs纳米阵列表面原位硒化，最终制得NF‑M_xSe_y纳米阵列电极材料。NF‑M_xSe_y作为电解水电极具有较低的起始点位、较大的电流密度、优异的电催化分解水性能和较高稳定性，可应用在电解水等新能源存储与转换装置。

技术领域

本发明属于转换新能源存储于转换领域电催化开发技术领域。技术涉及金属有机骨架材料(MOFs)构筑及其为模板硒化衍生制备阵列结构过渡金属硒化物(NF-M_xSe_y)电极。

背景技术

随着工业生产的快速发展和人口的不断增加，以煤、石油、天然气为主要代表的化石燃料在近几十年被大量消耗，同时造成不可避免的环境污染和能源短缺。因此，寻找一种清洁的可再生能源越来越成为当今时代发展需求。在众多材料中，氢气作为一种绿色环保、高效、富含能量的清洁能源，是未来有潜力的化石能源的替代品。可再生的特点可以很好解决能源危机与环境危机两大问题。除可以作为清洁能源使用，氢气在石油、化工等行业也有重要应用，如氢气作为原材料工业和成氨等。目前，氢气制备方法已发展很多种，电解水与众多方法相比具有成本低、高产率、高纯度、无污染等优势；同时，阳极产生的氧气也可以作为良好的资源应用到医学等领域，有巨大的能源效益和经济效益，因此，电解水制氢法很可能成为未来制氢工业的核心方法。电解水包含两个半电池反应，分别为阴极析氢反应(H_ydrogen Evolution Reaction，HER)和阳极析氧反应(O_xygen Evolution Reaction，OER)。由于OER反应动力学较为迟滞，为了加快反应进行，催化剂经常被引入到这个半电池反应中，在反应过程中，能量消耗和产氢效率与催化剂材料密切相关，所以研究并开发出一种新型高效电解水催化剂对于电解水转换新能源过程来说意义重大。

金属有机骨架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)系由金属离子和有机配体通过配位键作用形成的多孔网状无机-有机杂化功能材料。相比于传统材料，MOFs具有孔隙率高、比表面积大、孔结构可控、易于合成等优点。近年来，MOFs已在气体吸附、分子识别、催化、分离等众多领域受到广泛的应用和关注。其中，多孔MOFs及其衍生物在电催化领域表现出较好的性能，特别是在电催化分解水反应受到广泛研究，具有潜在应用价值。这主要是由于MOFs相比于传统材料，在合成过程中结构多样，可调性强，可实现靶向合成，且合成过程更加简单。尽管如此，MOFs在合成方面仍存在一些问题，如粉末易团聚，活性位点不能充分暴露等，这不利于传质和电子传递，抑制其发展与应用。因此，研究并开发出一种新的方法，制备结构组成多样、疏松多孔、比表面积大、活性位点丰富、可调性高、具有优秀性能官能团的MOFs及其衍生物用于电化学分解水，可以有效提高电化学电流密度和电化学分解水效率。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种阵列结构过渡金属硒化物电极的制备方法。

一种阵列结构过渡金属硒化物电极材料，其特征在于，过渡金属硒化物以阵列结构的形式生长在镍片(NF)基底上，过渡金属硒化物的过渡金属优选为：锰、铁、钴、镍、铜等中的一种或几种。过渡金属硒化物为纳米棒状结构；优选垂直生长，

本发明的一种阵列结构过渡金属硒化物电极材料的制备方法，主要分为三步：第一步对镍片(NF)基底简单预处理；第二步在镍片基底表面原位均匀生长过渡金属有机骨架材料阵列，获得NF-MOFs材料；第三步在MOFs纳米棒或/和片表面原位硒化，最终制得阵列结构过渡金属硒化物电极材料。

本发明上述多种过渡金属硒化物阵列电极材料的合成方法，具体包括以下步骤：