[发明专利]一种具有纳米网三维结构的亚硒酸镍钴电催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种具有纳米网三维结构的亚硒酸镍钴电催化剂，由如下方法制得：以氯化镍、氯化钴、亚硒酸钠和氯化锂的水溶液为电解质溶液，以泡沫镍作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在恒电压下进行电化学沉积，得到的在泡沫镍上生长的纳米网三维结构的亚硒酸镍钴即为电催化剂。本发明的利用电化学沉积制备的新型析氧电催化剂具有较高的催化活性和优异的稳定性，在电催化析氧反应领域具有广泛的应用。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，具体的说，涉及一种具有纳米网三维结构的亚硒酸镍钴电催化剂及其应用。

背景技术

近年来，化石燃料的过度开采和使用带来了前所未有的能源危机与环境问题，发展清洁的可再生能源变得刻不容缓。在众多的化石燃料替代品中，氢能因其高能量密度和环境友好性被视为最具发展前途的清洁能源。因此，如何高效且经济地制备氢气成为当前的一个重要研究热点。在众多的氢气制备途径中，电解水是一种高效环保的方法。然而，受制于电解水反应较大的电化学窗口以及电极反应所需克服的巨大过电势，通过电解水制备氢气的整体效率尚不尽如人意。因此，开发廉价而高效的电催化剂用于降低水分解反应所需的过电势是当前该领域亟待解决的问题，有望实现电解水能耗的有效降低，从而更加经济地实现氢气制备。电催化分解水可被分为两个半反应：阴极的析氢反应和阳极的析氧反应。相比于阴极的析氢反应，阳极的析氧反应因为其复杂的四电子氧化还原过程严重地阻碍了水分解的整体效率，因此，开发低廉高效的析氧反应电催化剂成为了提高电解水效率的关键。

目前，一些贵金属及其氧化物例如Ru基和Ir基的复合纳米材料被认为是最好的析氧反应电催化剂。然而，由于其地球中含量较少和价格昂贵阻碍了其广泛地应用。最近有研究学者报道了利用地球中含量较丰富的过渡金属材料作为析氧电催化剂，例如过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、过渡金属磷化物、过渡金属硒化物。然而现有过渡金属催化剂的性能远远达不到人们的预期。鉴于此，制备一种高效稳定的过渡金属电催化剂仍然是当今的挑战性课题。经检索未见利用双金属亚硒酸盐作为析氧反应电催化剂的报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种高效稳定的具有纳米网三维结构的亚硒酸镍钴电催化剂及其应用。

本发明的技术方案是：选用具有优良导电性的泡沫镍作为载体，通过电化学沉积的方法在泡沫镍基底上直接生长亚硒酸镍钴，制得具有纳米网三维结构的、形貌良好、结构稳定、具有较高催化性能的析氧反应电催化剂。

本发明所述的具有纳米网三维结构的电催化剂，所述电催化剂由如下方法制得：以氯化镍、氯化钴、亚硒酸钠和氯化锂的水溶液为电解质溶液，以泡沫镍作为工作电极，铂片电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在-0.4V～-1.2V恒电压下进行电化学沉积，得到的在泡沫镍上生长的纳米网三维结构的亚硒酸镍钴即为电催化剂；其中：所述氯化镍的浓度为1～40mM，氯化钴的浓度为1～40mM，亚硒酸钠的浓度为10～30mM，氯化锂的浓度为80～120mM，泡沫镍厚度为0.1～2毫米；所述恒电压沉积时间为10～60min；所述纳米网的孔径为10～300nm。

优选的，所述氯化镍的浓度为10mM，氯化钴的浓度为10mM，亚硒酸钠的浓度为20mM，氯化锂的浓度为100mM，泡沫镍的厚度为1毫米；所述恒电压沉积时间为30min；所述纳米网的孔径为150nm。

本发明所述具有纳米网三维结构的亚硒酸镍钴电催化剂在电催化析氧反应中的应用。

应用上述制备的电催化剂在1M KOH溶液中实施电催化析氧反应，达到100mA cm^-2电流密度所需的过电势仅为380mV。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果在于：

本发明公开的具有纳米网三维结构的亚硒酸镍钴电催化剂首次以泡沫镍作为载体，通过电化学沉积的方法制备得到亚硒酸镍钴，并且形成三维网状结构，具有较高的催化活性和优异的稳定性，在电催化析氧反应领域具有广泛的应用。