[发明专利]Mn掺杂Ni3

说明书

本发明属于纳米新材料技术领域，具体涉及一种Mn掺杂Ni₃S₂纳米阵列析氢催化剂及其制备方法和应用，掺杂有Mn的Ni₃S₂纳米片均匀规则的生长在泡沫镍基底表面上，形成纳米片阵列，其制备方法为将经过预处理的泡沫镍与可溶性镍盐、可溶性锰盐、尿素在反应釜中发生水热反应制备前驱体，将制备的前驱体和Na₂S溶液置于反应釜中发生硫化反应，反应后产物冷却水洗所得。本发明所制备催化剂具有更高的表面粗糙度和电化学导电性，开放空间和泡沫镍的三维结构有助于电解质和逸出氢气的扩散，这些优势对提升电化学表现都有积极贡献，同时本发明制备方法简便，材料易于获取。本发明所制备的催化剂应用于碱性条件下析氢反应，表现出优秀的电催化性能和良好的耐久性。

技术领域

本发明属于纳米新材料技术领域，具体涉及一种Mn掺杂Ni₃S₂纳米阵列析氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源需求的迅速增加以及化石能源的消耗所带来的环境问题，各国各地都陆续颁布了相关政策以推进对清洁能源的转换。氢气作为一种燃烧产物无污染，地球蕴含量丰富的清洁能源引起了广泛的关注。电化学水分解被认为是有前景应用于大规模制氢的手段之一，高效的催化剂对于这一途径是必不可少的。目前，基于贵金属Pt的催化剂是最优良的析氢反应 (HER)催化剂，但其高成本和小储量限制了其大规模应用。因此，开发地球蕴含量丰富，性能高效的HER催化剂至关重要。

研究表明，Ni基的催化剂具有良好的潜在HER催化活性，水分解过程中的缓慢动力学会使得能耗增高，杂原子掺杂可以通过改善电子环境和优化反应吸附能，来实现对催化性能的提升。

发明内容

本发明目的在于提供一种Mn掺杂Ni₃S₂纳米阵列析氢催化剂，具有高效的析氢催化活性和电催化稳定性，本发明同时提供其制备方法和应用。

本发明所述的Mn掺杂Ni₃S₂纳米阵列析氢催化剂为，掺杂有Mn的Ni₃S₂纳米片均匀规则的生长在泡沫镍(NF)基底表面上，形成纳米片阵列；纳米片阵列在泡沫镍上的负载量为 0.7～1.2mg·cm^-2。

本发明所述的Mn掺杂Ni₃S₂纳米阵列析氢催化剂的制备方法，步骤包括，将经过预处理的泡沫镍与可溶性镍盐、可溶性锰盐、尿素在反应釜中发生水热反应制备前驱体，将制备的前驱体和Na₂S溶液置于反应釜中发生硫化反应，反应后产物冷却水洗所得。

可溶性镍盐为Ni(NO₃)₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O中的一种。

可溶性锰盐为Mn(NO₃)₂、MnCl₂中的一种。

可溶性镍盐、可溶性锰盐、尿素的摩尔比为10:1～3：100。

Na₂S溶液的浓度为0.15～0.20mol/L。

水热反应的工艺条件为：反应温度为115-125℃，保温时间为6-7h。

硫化反应的工艺条件为：反应温度为110-125℃，保温时间为3-4h。

本发明泡沫镍预处理的工艺为，将泡沫镍置于置于稀盐酸溶液中超声处理。

本发明制备时水热反应及硫化反应所使用的反应釜为聚四氟乙烯高压釜。